JP2002536634A - Particle mass difference monitor that internally corrects volatile loss - Google Patents

Particle mass difference monitor that internally corrects volatile loss

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Abstract

(57)【要約】 粒子を含む気流(42)中の粒子状物質の質量を第1質量検出器(50A)及び第2質量検出器(50B)を用いて測定する。切り替え手段(48A、48B、56)により、粒子を含む気流と、粒子を含む気流と実質的に同一であるが粒子を含まない気流を第1質量検出器と第2質量検出器それぞれと、連続する測定期間中に交合させる。連続する測定期間それぞれに対する第1質量検出器(50A)が提供する測定値と、第2質量検出器(50B)が提供する測定値の間の差を求める。この差は、測定期間中に生じる揮発損失を内部で補正する。この差から粒子を含む気流中の粒子状物質の質量または濃度が定量される。単一検出器(10’、40’)の実施態様も示される。 (57) [Summary] The mass of the particulate matter in the gas stream (42) containing particles is measured using a first mass detector (50A) and a second mass detector (50B). By the switching means (48A, 48B, 56), an air flow containing particles and an air flow substantially the same as that containing particles but not containing particles are continuously connected to the first mass detector and the second mass detector, respectively. Mating during the measurement period. The difference between the measurement provided by the first mass detector (50A) and the measurement provided by the second mass detector (50B) for each successive measurement period is determined. This difference internally corrects for volatile losses that occur during the measurement period. From this difference, the mass or concentration of the particulate matter in the gas stream containing the particles is determined. An embodiment of a single detector (10 ', 40') is also shown.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本発明は、概して流体媒体中に浮遊する粒子状物質の測定に係り、特に、環境
空気またはその他の気体環境中、例えばディーゼル排気、鉱山、煙突、産業設備
等の中に浮遊する粒子状物質の質量及び濃度の少なくとも一方の測定に関する。
[0001] The present invention relates generally to the measurement of particulate matter suspended in a fluid medium, and in particular, to particulate matter suspended in ambient air or other gaseous environments, such as diesel exhaust, mines, chimneys, industrial equipment, and the like. The measurement of at least one of the mass and the concentration of the particulate matter.

【0002】 粒子状物質とは、自然または人工のプロセスの結果生じ、サイズが小さいため
空気または他の流体媒体中に浮遊し得る濃縮固体、半固体、または液体状物質に
関する一般的用語である。
[0002] Particles are a general term for concentrated solids, semi-solids, or liquids that result from natural or man-made processes and that can be suspended in air or other fluid media due to their small size.

【0003】 環境空気中の粒子状物質の測定は様々な理由で重要であるが、その中で最も重
要なものは健康への影響である。浮遊する粒子状物質を吸入すると、健康に様々
な悪影響を及ぼすことが知られている。その結果、全世界の環境規制機関は、粒
子状物質の監視を要請している。そのレベルは、濃度条件で、つまり空気1立方
メートル当たりの粒子状物質のマイクログラム単位で測定される。この測定の標
準技術は、粒子状物質を捕捉するためのフィルターを利用する質量測定と、一定
時間内にフィルターで濾過された空気の全容積で定義されている。時間に対する
フィルターを通る流量(したがってサンプリングした空気の容積)を正確に測定
するために利用し得る様々な手法があるが、環境中の粒子状物質の性質が複雑で
あり、フィルター上の堆積量が一定せず、意外にも質量測定は簡単でない。
[0003] The measurement of particulate matter in ambient air is important for a variety of reasons, the most important of which is the effect on health. It is known that inhaling suspended particulate matter has various adverse effects on health. As a result, environmental regulators around the world are calling for monitoring of particulate matter. The level is measured in concentration conditions, ie in micrograms of particulate matter per cubic meter of air. The standard techniques for this measurement are defined as mass measurement utilizing a filter to trap particulate matter and the total volume of air filtered through a filter over a period of time. Although there are various techniques available to accurately measure the flow rate through the filter over time (and therefore the volume of the sampled air), the nature of particulate matter in the environment is complex and the amount of deposition on the filter is low. Inconsistent and surprisingly, mass measurement is not easy.

【0004】 環境空気中の粒子状物質の測定にかかわるこの問題は良く知られている。質量
濃度計算の基礎として用いられる粒子の質量は、フィルター上に捕捉された質量
で定義されるが、それが必ずしも粒子が環境空気中に存在する場合の質量でない
ため、この様な不確かさを生じる。主な基準となる大気環境汚染物質の測定と異
なり、粒子状物質として定義される物質は、粒子状物質とフィルターを結合させ
る揮発性物質の獲得または損失の結果、その質量を変化させ得る。大気環境汚染
物質は、明確な分子種(SO、O、CO等)として存在するが、粒子状物質
は揮発速度、反応性、脱着性、吸収性、そして吸着性の異なった物質の組み合せ
となり得る。さらに、フィルター上に沈着する粒子状物質の質量は、フィルター
材自体、既にフィルター上に捕集された粒子状物質、フィルターを通過する面速
度、そしてフィルターでの圧力損失の他、湿度、温度及び捕集材を通過する気流
の組成にも影響される。
[0004] This problem associated with the measurement of particulate matter in ambient air is well known. The mass of the particles used as the basis for the mass concentration calculation is defined by the mass captured on the filter, but this is not necessarily the mass when the particles are present in ambient air, thus causing such uncertainties . Unlike the main criteria for measuring air pollutants, substances defined as particulate matter can change their mass as a result of gaining or losing volatiles that bind the particulate matter to the filter. Atmospheric pollutants exist as distinct molecular species (SO 2 , O 3 , CO, etc.), but particulate matter is a combination of substances with different volatilization rates, reactivity, desorption, absorption, and adsorption Can be Furthermore, the mass of particulate matter deposited on the filter depends on the filter material itself, the particulate matter already collected on the filter, the surface velocity passing through the filter, and the pressure loss at the filter, as well as humidity, temperature and It is also affected by the composition of the airflow passing through the trapping material.

【0005】 粒子状物質の質量を定量しようとする努力で、直接及び間接法が用いられてき
ている。しかしながら、現在用いられているどの方法も、浮遊した形で存在する
粒子状物質の実際の質量を測定する上では限界がある。フィルターなどの担体上
に捕捉された物質の重量測定で代表される直接質量測定は、例えば温度や圧力変
化、そして容易に定量し難い揮発性成分の損失のために計器の影響を受け易い。
一方、光散乱等の間接法は、粒子の性質と粒子質量の間に物理的な相関がないた
め、本質的に不正確である。
[0005] In an effort to quantify the mass of particulate matter, direct and indirect methods have been used. However, any of the methods currently used have limitations in measuring the actual mass of particulate matter present in suspended form. Direct mass measurements, typified by the gravimetric determination of substances trapped on a carrier such as a filter, are susceptible to instrumentation, for example, due to temperature and pressure changes and the loss of volatile components that are not easily quantified.
On the other hand, indirect methods such as light scattering are inherently inaccurate because there is no physical correlation between particle properties and particle mass.

【0006】 直接質量測定において計器の影響を補償するため、1対の振動水晶検出器を用
いる粒子質量差測定マイクロ天秤が以前に提案されている。この初期のアプロー
チでは、粒子を含む気流が第1の検出器に衝突し、粒子を含まない気流が第2の
検出器に衝突する。第2の質量検出器は、第1の検出器が提供する質量測定値か
ら検出器の計器の影響を無くすためのリファレンスとして用いられる。米国特許
第5,571,945号は、1対の粒子状物質捕集器間の差圧を測定するための
圧力センサーを用いる同様な測定アプローチを開示している。米国特許第5,3
49,844号は、フィルター面にほぼ垂直な方向に振動するフィルターを用い
る同様なアプローチを開示している。しかしながら、これらの初期のシステムで
は揮発損失が評価されていない。
[0006] Particle mass difference microbalances using a pair of vibrating quartz detectors have been previously proposed to compensate for instrument effects in direct mass measurement. In this early approach, a particle-containing airflow impinges on a first detector and a particle-free airflow impinges on a second detector. The second mass detector is used as a reference to eliminate the influence of the detector instrument from the mass measurements provided by the first detector. U.S. Pat. No. 5,571,945 discloses a similar measurement approach using a pressure sensor to measure the differential pressure between a pair of particulate traps. US Patent 5,3
No. 49,844 discloses a similar approach using a filter that vibrates in a direction substantially perpendicular to the filter plane. However, volatile losses have not been evaluated in these early systems.

【0007】 上記の難点の結果、米国における現在の基準法は、実際には撹乱されない状態
で空気中に存在するものとして粒子質量の正確な測定を必ずしも行えない技術に
依存する方法である。基準法は、温度及び湿度条件の一定の範囲でのフィルター
の平衡、フィルターの捕集前の重量測定、手動サンプラーへのフィルターの取付
け、環境空気のサンプリング(24時間)、サンプリング装置からのフィルター
の取外し、前と同じ平衡条件での捕集後コンディショニング、そして最後の捕集
後重量測定で構成される。この方法論の意図は、同一試料間で安定した測定セッ
トを提供することである。
[0007] As a result of the above difficulties, the current reference method in the United States relies on technology that does not always allow accurate measurement of particle mass as it exists in the air undisturbed. The reference methods include equilibrating the filter over a range of temperature and humidity conditions, weighing the filter before collection, installing the filter on a manual sampler, sampling ambient air (24 hours), and removing the filter from the sampling device. Removal, post-collection conditioning at the same equilibrium conditions as before, and final post-collection weighing. The intent of this methodology is to provide a stable set of measurements between the same samples.

【0008】 しかしながら、上記の理由で、この方法に基づく結果は、たとえ大まかであっ
ても精度を特定した測定を行うことはできない。すなわち、フィルターから測定
された質量が、大気中に存在する場合の粒子の質量をどの程度正確に現している
であろうか。これは重大な問題であり、これらの測定は、単に粒子レベルを示唆
しているに過ぎないことを認めなければならない。その結果、現在の基準法は、
単に標準化された手法を現しているに過ぎず、空気中の粒子状物質に対する科学
的な根拠のある測定ではない。
[0008] However, for the above reasons, the results based on this method, even if roughly, do not allow for measurements with specified accuracy. That is, how accurately does the mass measured from the filter represent the mass of the particles when present in the atmosphere. This is a serious problem and it must be acknowledged that these measurements are only indicative of the particle level. As a result, the current standard law is:
It merely represents a standardized approach, not a scientifically sound measurement of particulate matter in air.

【0009】 揮発性成分は、これらの測定に対し混乱させるような影響を与える。フィルタ
ーはサンプリング装置に取り付けられているが、フィルター上で行われる反応に
影響する温度や湿度等の重要な因子の変動は明確でない。サンプリング中、フィ
ルター上及びフィルターの質量は温度が下がり湿度が上がる期間(夜間)に劇的
に増加し、温度が上がり湿度が下がる場合(日中)は、半揮発性物質がかなり減
少することがある。これらと同じような影響が、空気質量の変化や、その他の気
象上の出来事に付随することもあり得る。さらに、サンプリングが終了し、サン
プラーから取外される前や、コンディショニングと重量測定のために実験室へ運
ぶ間に、捕集フィルターが広い範囲で変動する高温または低温に曝されることも
ある。
[0009] Volatile components have a confusing effect on these measurements. Although the filter is attached to the sampling device, the variability of important factors such as temperature and humidity that affect the reaction performed on the filter is not clear. During sampling, the mass of the filter and the filter increases dramatically during periods of low temperature and high humidity (nighttime), and when the temperature increases and humidity decreases (daytime), the semivolatiles can decrease significantly. is there. These same effects could be associated with changes in air mass or other weather events. In addition, the collection filter may be subjected to widely varying high or low temperatures before sampling is complete and before removal from the sampler or during transport to the laboratory for conditioning and weighing.

【0010】 捕集された粒子状物質とフィルターの質量が、それらが曝される条件によって
変動するばかりでなく、フィルターを通る空気流がフィルターを介して圧力差を
生じ、粒子状物質の揮発性成分を取り去ってしまうこともある。要するに、粒子
とフィルターの相互作用は、捕集すると直ちに粒子状物質の性質を変えてしまう
傾向があり、そのため粒子状物質が環境空気中に浮遊している場合に比べて粒子
状物質の所定の測定の精度に影響を与える。健康に対する関心が高まり、測定装
置の感度が高くなるにつれ、より細かい粒子状物質、例えば2.5ミクロン以下
の粒子を測定しようとする傾向にある。粒子が小さくなるほど、質量測定値に対
する揮発損失の影響がますます重要になる。したがって、環境空気またはその他
の大気環境中の粒子状物質の質量または濃度を正確に測定することが可能な測定
装置が強く望まれている。
[0010] Not only does the mass of the trapped particulate matter and the filter fluctuate depending on the conditions to which they are exposed, but also the flow of air through the filter creates a pressure differential across the filter, which increases the volatility of the particulate matter. In some cases, the ingredients are removed. In short, the interaction between the particles and the filter tends to change the nature of the particulate matter as soon as it is trapped, so that a certain amount of particulate matter can be compared to when the particulate matter is suspended in ambient air. Affects measurement accuracy. As health concerns have increased and the sensitivity of measurement devices has increased, there has been a trend to measure finer particulate matter, for example, particles smaller than 2.5 microns. The smaller the particles, the more important the effect of volatile losses on the mass measurement. Therefore, there is a strong demand for a measuring device capable of accurately measuring the mass or concentration of particulate matter in environmental air or other atmospheric environment.

【0011】 本発明は、上記の問題を克服する方法と装置を提供するものであり、環境空気
または気体中の粒子状物質の、その揮発性成分を含めた正確な定量分析を可能に
する捕集に基づく直接質量測定を初めて提供するものである。本発明の測定法は
、検出器の計器の影響を無くすばかりでなく、揮発損失を内部で補正する。この
開示の目的では、「揮発損失」とは蒸発、吸収、吸着、脱着、反応性、そして捕
集した粒子状物質の質量に影響するその他の効果を含む広い意味で用いられてい
る。
[0011] The present invention provides a method and apparatus that overcomes the above-mentioned problems, and provides a capture that enables accurate quantitative analysis of particulate matter, including its volatile components, in ambient air or gas. It offers for the first time direct mass measurement based on collections. The measurement method of the present invention not only eliminates the influence of the detector instrument, but also compensates for volatile losses internally. For the purposes of this disclosure, "volatile loss" is used in a broad sense to include evaporation, absorption, adsorption, desorption, reactivity, and other effects that affect the mass of collected particulate matter.

【0012】 本発明には2重検出器バージョンと単一検出器バージョンがある。The present invention has a dual detector version and a single detector version.

【0013】 2重検出器 本発明の原理によれば、粒子を含む気流中の粒子状物質の質量を測定するため
の装置は、第1の質量検出器、第2の質量検出器、及び粒子を含まない以外は前
記粒子を含む気流と実質的に同一である粒子を含まない気流を提供する第1の手
段が含まれる。切り替え手段により、連続する測定期間中、前記粒子を含む気流
と前記粒子を含まない気流とが交互に前記第1の質量検出器と前記第2の質量検
出器とに選択的に通流される。前記連続する測定期間の各々に対する第1の質量
検出器によって得られた測定値と第2の質量検出器によって得られた測定値との
差が計算される。この差が測定期間中に生じる揮発損失を内部で補正する。粒子
を含む気流中の粒子状物質の質量または濃度は、この差から決定される。
[0013]Double detector  According to the principles of the present invention, for measuring the mass of particulate matter in an airflow containing particles
Apparatus comprises a first mass detector, a second mass detector, and no particles.
A first means for providing a particle-free airflow substantially identical to the airflow containing the particles;
Steps are included. By the switching means, during the continuous measurement period, the air flow containing the particles
And the air flow containing no particles alternately with the first mass detector and the second mass detector.
It is selectively passed to the outlet. A first mass for each of said successive measurement periods
Between the measurement obtained by the detector and the measurement obtained by the second mass detector
The difference is calculated. This difference internally compensates for the volatile losses that occur during the measurement period. particle
The mass or concentration of the particulate matter in the air stream containing is determined from this difference.

【0014】 前記粒子を含まない気流を提供する第1の手段は、前記粒子を含む気流から実
質的に全ての粒子状物質を除去するための粒子除去手段を有するのが有利である
。前記粒子除去手段は、前記粒子を含む気流から気流の温度、圧力、及び流量に
殆ど影響を与えず、粒子状物質を除去することが最適である。この様な粒子除去
は、電気集塵機を用いて行われることが好ましい。前記電気集塵機は、陽性コロ
ナ及び低電流で操作されることが好ましい。
[0014] Advantageously, the first means for providing a particle-free airflow comprises particle removal means for removing substantially all particulate matter from the particle-containing airflow. It is optimal that the particle removing means removes particulate matter from the gas stream containing the particles without substantially affecting the temperature, pressure and flow rate of the gas stream. Such particle removal is preferably performed using an electric dust collector. The electric precipitator is preferably operated with positive corona and low current.

【0015】 前記第1及び第2の検出器は、各々、振動素子マイクロ天秤を有する。各検出
器は、素子の自由末端部で支持されたフィルターと共に、クランプフリーモード
で振動する中空素子を備えている。前記第1の質量検出器は、前記粒子を含む気
流を検出器に通流させた場合、この気流から粒子状物質を捕集する役割を果たす
。流体制御手段は、各測定期間中に各検出器のフィルターで実質的に同一の気流
の流量を維持することができるのが有利である。振動素子マイクロ天秤の形態に
おいて、質量検出器により得られた質量の測定値は、時間毎の振動素子の振動周
波数の変化に基づくことが有利である。
[0015] The first and second detectors each include a vibrating element microbalance. Each detector comprises a hollow element that oscillates in a clamp-free mode, with a filter supported at the free end of the element. The first mass detector plays a role of trapping particulate matter from the gas stream when the gas stream containing the particles flows through the detector. Advantageously, the fluid control means is able to maintain substantially the same airflow rate at each detector filter during each measurement period. In the form of a vibrating element microbalance, the measurement of the mass obtained by the mass detector is advantageously based on the change in the vibration frequency of the vibrating element over time.

【0016】 本発明の他の態様では、質量測定装置の切り替え手段により(a)連続する測
定期間の各偶数番号期間中は、粒子を含む気流を第1の質量検出器に通流させ、
同時に粒子を含まない気流を第2の質量検出器に通流させ、(b)連続する測定
期間の各奇数番号期間中は、前記粒子を含む気流を第2の質量検出器に通流させ
、同時に前記粒子を含まない気流を第1の質量検出器に通流させる。粒子を含む
気流を通流させる検出器は、獲得質量を測定し、一方、粒子を含まない気流を通
流させる検出器は、粒子状物質の揮発性成分による損失質量を測定する。粒子状
物質を定量するため、測定された損失質量が測定された獲得質量に加算される。
連続する各測定時間の継続時間は短く、好ましくは15分間であり、現在最も好
ましいと考えられるのは1分以下である。
According to another aspect of the present invention, the switching means of the mass measuring device causes (a) an airflow containing particles to flow through the first mass detector during each even-numbered period of the continuous measurement period,
At the same time, an air stream containing no particles flows through the second mass detector, and (b) during each odd-numbered period of the continuous measurement period, the air stream containing the particles flows through the second mass detector. At the same time, an air flow containing no particles is passed through the first mass detector. Detectors passing through an air stream containing particles measure the gained mass, whereas detectors passing through an air stream containing no particles measure the mass lost due to the volatile components of the particulate matter. To determine the particulate matter, the measured loss mass is added to the measured gain mass.
The duration of each successive measurement time is short, preferably 15 minutes, and currently less than 1 minute is considered most preferred.

【0017】 本発明の他の態様では、第1及び第2の質量検出器によって得られる測定値は
、各々質量比であり、質量測定におけるキャリブレーション誤差の蓄積を制限す
ることができる。
In another aspect of the invention, the measurements obtained by the first and second mass detectors are each a mass ratio, which can limit the accumulation of calibration errors in the mass measurement.

【0018】 本発明のまた別の態様では、第1及び第2の質量検出器からの質量比を組み合
せた補正された質量比から、補正質量濃度が算出される。
In another aspect of the invention, a corrected mass concentration is calculated from a corrected mass ratio combining the mass ratios from the first and second mass detectors.

【0019】 また、本発明は、現在の粒子質量差測定システムに対し大きな改良が行われて
いる。この様なシステムでは、粒子を含む気流を第1の質量検出器に通流させ、
粒子を含まない気流を第2の質量検出器に通流させる。第2の質量検出器は、第
1の質量検出器で得られた測定値から検出器の計器の影響を無くすためのリファ
レンスとして用いられる。本発明によれば、この様な粒子質量差測定システムは
、連続する測定期間中に粒子を含む気流と粒子を含まない気流を交互に第1の質
量検出器と第2の質量検出器とに通流させる切り替え手段を含めることにより提
供される。この様な方法で、連続する測定期間中に生じる揮発損失に対する補正
が内部で行われる。
Also, the present invention is a significant improvement over current particle mass difference measurement systems. In such a system, an air stream containing particles is passed through a first mass detector,
A particle-free airflow is passed through the second mass detector. The second mass detector is used as a reference to eliminate the effects of the detector instrument from the measurements obtained with the first mass detector. According to the present invention, such a particle mass difference measuring system alternately switches an airflow containing particles and an airflow not containing particles to a first mass detector and a second mass detector during a continuous measurement period. This is provided by including switching means for flowing. In this way, a correction is internally made for the volatile losses occurring during successive measurement periods.

【0020】 本発明のさらに別の態様では、粒子を含む気流中の、揮発成分を含む粒子状物
質の質量を測定するための装置が提供される。この装置には、粒子を含む気流を
第1の気流と第2の気流に分ける手段、第1の気流を導いて第1の質量検出器に
継続的に通流させ、第2の気流を導いて第2の質量検出器に継続的に通流させる
手段、及び対応する粒子除去手段を作動させた場合、第1及び第2の気流それぞ
れから実質的に全ての粒子状物質を除去するための第1及び第2の気流粒子除去
手段が含まれる。連続する測定期間中、制御手段は、第1の気流粒子除去手段及
び第2の粒子除去手段の一方のみを交互に作動させる。連続する各測定期間中、
第1の質量検出器で得られる第1測定値と、第2質量検出器で得られる第2測定
値の差が測定される。この差により、測定期間中に生じる揮発損失が内部で補正
される。この差から粒子を含む気流中の粒子状物質の質量または濃度が決定され
る。
In yet another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring the mass of a particulate matter containing a volatile component in an air stream containing the particles. The apparatus includes means for dividing an air flow containing particles into a first air flow and a second air flow, and guiding the first air flow to continuously flow through the first mass detector to guide the second air flow. And means for removing substantially all of the particulate matter from each of the first and second air streams when the means for continuously flowing through the second mass detector and the corresponding means for removing particles are actuated. First and second airflow particle removing means are included. During successive measurement periods, the control means alternately activates only one of the first airflow particle removal means and the second particle removal means. During each successive measurement period,
A difference between a first measured value obtained by the first mass detector and a second measured value obtained by the second mass detector is measured. This difference compensates internally for volatile losses that occur during the measurement period. From this difference, the mass or concentration of the particulate matter in the gas stream containing the particles is determined.

【0021】 本発明のさらに別の態様によれば、粒子質量差測定法が改良される。公知の方
法では、粒子を含む気流を第1の質量検出器に通流させる。第1の質量検出器は
目下の測定期間中に気流から目下の粒子試料を捕集し、それによる獲得質量を測
定する。第2の質量検出器は、リファレンスとして用いられ、検出器の計器の影
響を無くす。本発明は、第2の質量検出器が前記現在の測定期間中に生じる粒子
の性質の変化も測定することによってこの方法を改良する。この粒子の性質の変
化は、通常、捕集された揮発性粒子の揮発による損失質量を含む。第2の質量検
出器で測定される揮発による質量損失が、第1の質量検出器で測定される獲得質
量に加算され、目下の測定期間に対する補正された粒子質量測定が行われる。測
定された損失質量は、初期に捕集された粒子試料において、目下の測定期間中に
生じるが、この初期に捕集された粒子試料は、第2の質量検出器によってそれ以
前の測定期間中に捕集されたものである。目下の測定期間とそれ以前の測定期間
とは、初期に捕集された試料と目下の粒子試料との前記目下の測定期間中の揮発
量が実質的に同じになるように、十分に短いことが好ましい。
According to yet another aspect of the present invention, a method for measuring particle mass difference is improved. In a known method, an air stream containing particles is passed through a first mass detector. The first mass detector collects the current particle sample from the airflow during the current measurement period and measures the resulting mass. The second mass detector is used as a reference and eliminates the effects of the detector instrument. The present invention improves on this method by the second mass detector also measuring changes in the properties of the particles that occur during the current measurement period. This change in the properties of the particles typically includes the mass lost due to volatilization of the collected volatile particles. The mass loss due to volatilization measured by the second mass detector is added to the acquired mass measured by the first mass detector, and a corrected particle mass measurement is performed for the current measurement period. The measured loss mass occurs in the initially collected particle sample during the current measurement period, but this initially collected particle sample is not detected by the second mass detector during an earlier measurement period. It was collected in. The current measurement period and the previous measurement period must be sufficiently short so that the amount of volatilization during the current measurement period between the initially collected sample and the current particle sample is substantially the same. Is preferred.

【0022】 本発明は、様々な大きな利益と利点を提供する。これらの中で最大のものは、
測定期間中に生じる揮発損失に対する本質的な補正である。短い測定時間を用い
ることは、質量測定が様々な環境温度条件を含む任意の選ばれた温度下で捕集さ
れた粒子に関わる揮発質量の正確な表示を含むことを確実にする。両方の質量検
出器は、同じ捕集器(例えばフィルター)と装置のアーチファクトを常時観測し
ているので、一方の検出器の測定値を他の検出器の測定値から差し引くと、装置
の影響に対する補償は、有効かつ完全になる。粒子除去のため電気集塵機を使用
することは、圧力の乱れを防止する上で好ましく、揮発性が異なることにより、
一方の質量検出器が他方の質量検出器を妨害することはない。さらに、電気集塵
機は、機械的な動作の必要なしに、電気的オン−オフで即座に気流の粒子成分を
切り替えるのを容易にする。また、気流の切り替えは、単一捕集器システムと比
較して、捕集器の寿命を効果的に2倍長くする。さらに、もし、動作が異なる2
台の測定装置が、本発明の原理にしたがって、1台は環境温度で、もう1台はか
なり高温で並らべて駆動されたならば、環境中の粒子状物質の揮発性と不揮発性
の区別が可能になる。
The present invention provides various significant benefits and advantages. The biggest of these is
It is an intrinsic correction for the volatilization losses that occur during the measurement period. Using a short measurement time ensures that the mass measurement includes an accurate indication of the volatile mass associated with the collected particles under any chosen temperature, including various environmental temperature conditions. Since both mass detectors are constantly observing the same collector (eg, filter) and instrument artifacts, subtracting the measurement of one detector from the measurement of the other detector will result in a lower The compensation will be effective and complete. The use of an electrostatic precipitator for particle removal is preferable in preventing pressure disturbance, and due to the different volatility,
One mass detector does not interfere with the other mass detector. In addition, the electrostatic precipitator facilitates instantaneous switching of the particle components of the airflow with electrical on-off without the need for mechanical action. Switching the airflow also effectively doubles the collector life as compared to a single collector system. Furthermore, if the operation is different 2
If one measuring device is driven in line with one at ambient temperature and another at fairly high temperature in accordance with the principles of the present invention, the volatile and non-volatile nature of particulate matter in the environment The distinction becomes possible.

【0023】 単一検出器 本発明の原理によれば、粒子を含む気流中の粒子状物質の質量を測定する装置
には、質量検出器、そして粒子を含まない以外は前記粒子を含む気流と実質的に
同一である粒子を含まない気流を提供する第1の手段が含まれる。切り替え手段
により、連続する測定期間中、前記粒子を含む気流と前記粒子を含まない気流と
を交互に前記質量検出器に通流させる。目下の測定期間中に質量検出器で得られ
る測定値と、連続する測定期間中に質量検出器で得られる測定値との差が算出さ
れる。この差は、目下の測定期間中に生じる揮発損失を内部で補正する。この差
から粒子を含む気流中の粒子状物質の質量または濃度が定量される。粒子を含ま
ない気流を提供するための第1の手段は、前記粒子を含む気流から実質的に全て
の粒子状物質を除去するための粒子除去手段を有することが有利である。前記粒
子除去手段は粒子を含む気流から、気流温度、圧力、そして流量に影響せずに粒
子状物質を除去することが最適である。この様な粒子除去は、電気集塵機を用い
て行うことが好ましい。電気集塵機は、好ましくは、陽性コロナ及び低電流で操
作される。
[0023]Single detector  According to the principles of the present invention, an apparatus for measuring the mass of particulate matter in an air stream containing particles
Has a mass detector, and an air stream containing the particles except for the particles.
A first means for providing a particle-free airflow that is identical is included. Switching means
Thus, during a continuous measurement period, an airflow containing the particles and an airflow not containing the particles
Are alternately passed through the mass detector. Obtained with the mass detector during the current measurement period
The difference between the measured value and the measured value obtained by the mass detector during successive measurement periods is calculated.
It is. This difference internally compensates for the volatile losses that occur during the current measurement period. This difference
The mass or concentration of the particulate matter in the gas stream containing the particles is determined. Contains particles
A first means for providing an airflow that is substantially free from the airflow containing said particles
It is advantageous to have a particle removing means for removing the particulate matter. The grain
Particle removal means removes particles from an air stream containing particles without affecting air temperature, pressure, and flow rate.
It is optimal to remove dendrites. Such particles are removed using an electrostatic precipitator.
It is preferable to carry out. Electrostatic precipitators are preferably operated with positive corona and low current.
Made.

【0024】 質量検出器は、振動素子マイクロ天秤であってもよい。検出器は、素子の自由
末端部で支持されたフィルターと共に、クランプフリーモードで振動する中空素
子を有する。気流を検出器に通流させる場合、フィルターは、粒子を含む気流か
ら粒子状物質を捕集する役割を果たす。各測定期間中、流体制御手段により、検
出器のフィルターで実質的に一定の気流の流量を維持するのが有利である。振動
素子マイクロ天秤の形態において、質量検出器で得られる質量の測定値は、時間
毎に検出された振動素子の振動周波数の変化に基づくのが有利である。
[0024] The mass detector may be a vibrating element microbalance. The detector has a hollow element that oscillates in a clamp-free mode, with a filter supported at the free end of the element. When passing an airflow through the detector, the filter serves to trap particulate matter from the airflow containing the particles. Advantageously, during each measurement period, the fluid control means maintains a substantially constant air flow at the filter of the detector. In the form of a vibrating element microbalance, the measurement of the mass obtained with the mass detector is advantageously based on a change in the vibration frequency of the vibrating element detected over time.

【0025】 本発明の他の態様では、質量測定装置の切り替え手段により(a)連続する測
定期間の偶数番号期間中、粒子を含む気流を質量検出器に通流させ、(b)連続
する測定期間の奇数番号期間中、粒子を含まない気流を質量検出器に通流させる
。検出器に粒子を含む気流を通流させる場合、検出器は獲得質量を測定する。検
出器に粒子を含まない気流を通流させる場合、検出器は粒子状物質の揮発性成分
の揮発による損失質量を測定する。測定された損失質量を測定された獲得質量に
加算し、粒子状物質の質量を決定する。連続する各測定期間は、短時間継続する
が、好ましくは15分以下であり、現在最も好ましいと考えられるのは約1分以
下である。
According to another aspect of the present invention, the switching means of the mass measuring device causes (a) an air flow containing particles to flow through the mass detector during an even numbered period of the continuous measurement period, and (b) continuous measurement. During the odd numbered periods of the period, the particle-free airflow is passed to the mass detector. When the detector is passed through an air stream containing particles, the detector measures the acquired mass. When a particle-free gas stream is passed through the detector, the detector measures the mass lost due to volatilization of volatile components of the particulate matter. The measured loss mass is added to the measured gain mass to determine the mass of the particulate matter. Each successive measurement period lasts for a short time, but is preferably 15 minutes or less, and currently considered to be most preferred is about 1 minute or less.

【0026】 本発明発明の別な態様では、質量検出器で得られる各々の測定値は、質量比で
あり、質量測定におけるキャリブレーション誤差の蓄積を制限する。
In another aspect of the invention, each measurement obtained with the mass detector is a mass ratio, which limits the accumulation of calibration errors in the mass measurement.

【0027】 本発明のまた別な態様では、補正された質量濃度は、連続する2つの測定期間
中に質量検出器から得られた質量比の測定値を組み合せることで補正された質量
比から算出される。
In another aspect of the invention, the corrected mass concentration is derived from the corrected mass ratio by combining the mass ratio measurements obtained from the mass detector during two consecutive measurement periods. Is calculated.

【0028】 また、本発明は、従来の粒子質量差測定システムに対し大きな改良を行う。こ
の様なシステムでは、粒子を含む気流を第1の質量検出器に通流させ、粒子を含
まない気流を第2の質量検出器に通流させる。第2の質量検出器が、第1の質量
検出器で得られた測定値から検出器の計器の影響を無くすためのリファレンスと
して用いられる。本発明によれば、粒子質量差測定システムは、連続する測定期
間中に粒子を含む気流と粒子を含まない気流とを交互に1台の質量検出器に通流
させるための切り替え手段を含むことで改良される。この様にして、装置のアー
チファクト及び連続する測定期間中に生じる揮発損失に対する補正が内部で行わ
れ、複数の検出器のキャリブレーションやマッチングを行う必要を無くし、測定
装置の複雑化やコストを低減する。
The present invention also provides significant improvements over conventional particle mass difference measurement systems. In such a system, an airflow containing particles flows through the first mass detector, and an airflow containing no particles flows through the second mass detector. A second mass detector is used as a reference to eliminate the effects of the detector instrument from the measurements obtained at the first mass detector. According to the present invention, the particle mass difference measurement system includes switching means for alternately flowing an airflow containing particles and an airflow not containing particles to one mass detector during a continuous measurement period. It is improved by. In this way, corrections for instrument artifacts and volatile losses that occur during successive measurement periods are made internally, eliminating the need to calibrate and match multiple detectors, reducing complexity and cost of the measurement device. I do.

【0029】 本発明のまた別な態様では、粒子を含む気流中の粒子状物質の質量を、その揮
発性成分を含めて測定する装置が提供される。この装置には、質量検出器、気流
を導いて継続的に質量検出器に通流させる手段、そして作動させた場合、気流か
ら実質的に全ての粒子状物質を除去する粒子除去手段が含まれる。制御手段によ
り、連続する測定期間中に粒子除去手段を交互に作動させる。質量検出器で得ら
れる第1測定値と、連続する測定期間中に質量検出器で得られる第2測定値の差
が測定される。この差は、測定期間中に生じる揮発損失を内部で補正する。この
差から気流中の粒子状物質の質量または濃度が決定される。
In another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring the mass of a particulate matter in an air stream containing particles, including its volatile components. The apparatus includes a mass detector, a means for directing the airflow to flow continuously through the mass detector, and a particle removal means for, when activated, removing substantially all particulate matter from the airflow. . The control means alternately activates the particle removal means during successive measurement periods. The difference between the first measurement obtained with the mass detector and the second measurement obtained with the mass detector during successive measurement periods is measured. This difference internally corrects for volatile losses that occur during the measurement period. From this difference, the mass or concentration of the particulate matter in the airflow is determined.

【0030】 本発明のさらに別な態様によれば、粒子質量差測定法が改良される。公知の方
法では、粒子を含む気流を第1の検出器に通流させる。第1の質量検出器は、粒
子試料を目下の測定期間中の気流から捕集し、その獲得質量を測定する。第2の
質量検出器は、検出器の計器の影響を無くすためのリファレンスとして用いられ
る。本発明は検出器の計器の影響を無くすばかりでなく、前記目下の測定期間中
に生じる粒子の性質の変化を効果的に測定するために1台の質量検出器を用いる
ことにより、この方法を改良する。この粒子の性質の変化は、通常、捕集された
揮発性粒子の揮発による損失質量も含む。質量検出器で測定された揮発による損
失質量が、質量検出器で測定された獲得質量に加算され、目下の測定期間中の補
正された粒子質量測定値が得られる。測定された損失質量は、初期に捕集された
粒子試料において連続する測定期間中に生じ(つまり、目下の測定期間の直前ま
たは直後の期間中)、この初期に捕集された粒子試料は、それ以前の測定期間中
に質量検出器で捕集されている。目下の測定期間及びそれに連続する測定期間は
、初期に捕集された試料と目下の粒子試料との前記それに連続する測定期間中の
揮発が実質的に同一であるために、十分に短いことが好ましい。
According to yet another aspect of the present invention, a method for measuring particle mass difference is improved. In a known method, an air stream containing particles is passed through a first detector. The first mass detector collects the particle sample from the airflow during the current measurement period and measures its acquired mass. The second mass detector is used as a reference to eliminate the effects of the detector instrument. The present invention not only eliminates the effects of the detector instrument, but also uses this method by using a single mass detector to effectively measure the change in particle properties that occurs during the current measurement period. Improve. This change in particle properties usually also includes the mass lost due to volatilization of the collected volatile particles. The mass lost due to volatilization measured at the mass detector is added to the acquired mass measured at the mass detector to obtain a corrected particle mass measurement during the current measurement period. The measured loss mass occurs during successive measurement periods in the initially collected particle sample (ie, during the period immediately before or immediately after the current measurement period), and the initially collected particle sample It was collected by the mass detector during the previous measurement period. The current measurement period and the subsequent measurement period may be sufficiently short so that the volatilization during the subsequent measurement period of the initially collected sample and the current particle sample is substantially the same. preferable.

【0031】 本発明は様々な大きな利益と利点をもたらす。これらの中の最大のものは、測
定期間中に生じる揮発損失の本質的な補正である。短い測定時間を用いることは
、粒子質量測定が環境温度の変化を含む任意の選ばれた温度の下で捕集された粒
子に関連する揮発性質量の正確な表示を含むことを確実にする。質量検出器は、
1組みの連続する測定期間中に、実質的に同一の捕集器(例えばフィルター)と
装置のアーチファクトを観測しているので、ある測定期間中の測定値を他の測定
期間中の測定値から差し引いたとき、計器の影響の補償は、有効かつ完全である
。粒子除去のために電気集塵機を使用することは、圧力の乱れを防止する上で好
ましい。電気集塵機は、機械的な動作が不要で、電気的なオン−オフで即座に気
流中の粒子成分を切り替えることを容易にする。さらに、気流の切り替えは、連
続的な粒子捕集器システムと比較して捕集器の寿命を効果的に2倍長くする。さ
らに、本発明の原理にしたがって異なる動作の2台の測定装置を、1台は環境温
度、もう1台はかなり高温で並べて駆動した場合、環境中の粒子状物質の揮発性
と不揮発性の区別を行うことができる。1台の検出器を使用することにより、コ
スト及び信頼性の上でさらに利点がある。
The present invention provides various significant benefits and advantages. The largest of these is the intrinsic correction of the volatile losses that occur during the measurement period. Using a short measurement time ensures that the particle mass measurement includes an accurate indication of the volatile mass associated with the particles collected under any selected temperature, including changes in ambient temperature. The mass detector is
During a set of consecutive measurement periods, substantially the same collector (e.g., filter) and equipment artifacts are observed, so that the measurements during one measurement period are separated from the measurements during another measurement period. When deducted, compensation for the effects of the instrument is effective and complete. The use of an electrostatic precipitator for particle removal is preferred to prevent pressure disturbances. The electric precipitator does not require a mechanical operation, and facilitates instantaneous switching of the particle components in the airflow by electric on-off. Furthermore, switching airflow effectively doubles the life of the collector as compared to a continuous particle collector system. Furthermore, when two measuring devices operating differently according to the principle of the present invention are driven side by side at one at ambient temperature and another at considerably high temperature, it is possible to distinguish between volatile and nonvolatile particulate matter in the environment. It can be performed. The use of a single detector has additional cost and reliability advantages.

【0032】 添付の図面と関連させて読むことにより、本発明の様々な態様、特徴、及び利
点が好ましい実施態様の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
Various aspects, features, and advantages of the present invention will be more readily understood from the detailed description of the preferred embodiments, when read in connection with the accompanying drawings.

【0033】 本発明のゴールは、環境空気(または他の気体環境)中に浮遊した粒子状物質
の質量を、その揮発性成分を含め正確に測定することである。2重検出器の実施
形態では、粒子を含む気流と、これと実質的に同一であるが粒子を含まない気流
とを、連続する測定期間中に交互に第1質量検出器と第2質量検出器とに通流さ
せることで行われる。十分に短い測定時間で第1及び第2質量検出器で得られる
測定値間の差をとり、捕集された粒子状物質の測定された獲得質量に測定期間中
の揮発による損失質量を加算することで、全粒子質量の正確な測定が行われる。
The goal of the present invention is to accurately measure the mass of particulate matter suspended in ambient air (or other gaseous environment), including its volatile components. In a dual detector embodiment, the first mass detector and the second mass detector alternate between a particle-containing airflow and a substantially identical but particle-free airflow during successive measurement periods. It is performed by flowing through a vessel. Take the difference between the measurements obtained with the first and second mass detectors in a sufficiently short measurement time and add the mass lost due to volatilization during the measurement period to the measured gain mass of the collected particulate matter. Thus, an accurate measurement of the total particle mass is performed.

【0034】 本発明の粒子質量測定装置の2重検出器の一実施形態が図1に図示される。装
置10は、2個の同一なサイド”A”及び”B”を有する(したがって、各サイ
ドに関連する符号もそれにしたがって付けられている)。装置10の各サイド”
A”及び”B”は、選択的に作動し得る粒子除去器14と質量検出器16とに空
気が通流可能に連通している導入口12を含んでいる。装置10の各サイド”A
”及び”B”で、粒子を含む気流18が各々の導入口12に入り、選択的に作動
し得る各粒子除去器14を通過し、各質量検出器16に絶えず通流する。「通流
」と言う用語は本明細書では、気流と質量検出器の相互作用を広く暗示するため
に用いられる。この様な相互作用は、使用する質量検出器の性質によって異なっ
た形であり得る。
One embodiment of the dual detector of the particle mass measurement device of the present invention is illustrated in FIG. The device 10 has two identical sides "A" and "B" (therefore, the numbers associated with each side are also labeled accordingly). Each side of device 10 "
A "and" B "include inlets 12 in air communication with selectively operable particle remover 14 and mass detector 16. Each side" A "of apparatus 10.
At "" and "B", an air stream 18 containing particles enters each inlet 12, passes through each selectively operable particle remover 14, and continuously flows through each mass detector 16. The term "" is used herein to broadly imply the interaction of airflow with a mass detector. Such interactions can take different forms depending on the nature of the mass detector used.

【0035】 導入口12は、通常、粒子を含む気流から、予め定められた「カットオフ」サ
イズより大きい粒子を事前に分離するためのセパレーターが含まれる。例えば、
PM10及びPM2.5セパレーターの少なくとも一方を有する導入口は、公知
であり、市販されている。
The inlet 12 typically includes a separator for pre-separating particles larger than a predetermined “cut-off” size from the gas stream containing the particles. For example,
Inlets having at least one of a PM10 and PM2.5 separator are known and commercially available.

【0036】 次いで、導入口12に入る粒子を含む気流は、選択的に作動し得る粒子除去器
14を通流して通り抜ける。作動させた場合、粒子除去器14は、気流の温度、
圧力、そして流量に殆ど影響せず、実質的に全ての粒子状物質を気流から除去す
る。この様な粒子の除去は、空気清浄装置で通常用いられているものと同じ汎用
タイプの電気集塵機を用いて行うのが有利である。オゾン生成を減少させるため
、陽性コロナそして極めて低い電流、例えば数十ナノアンペア程度で作動する電
気集塵機が好ましい。電流は、電気集塵機に実質的に全ての粒子状物質を除去さ
せるのに十分なものでなければならない。
The air stream containing particles entering the inlet 12 then passes through a selectively operable particle remover 14. When activated, the particle remover 14 provides the temperature of the airflow,
Substantially all particulate matter is removed from the air stream with little effect on pressure and flow rate. It is advantageous to remove such particles using the same general-purpose type electrostatic precipitator that is commonly used in air cleaning devices. To reduce ozone production, a positive corona and an electrostatic precipitator operating at very low current, for example on the order of tens of nanoamps, are preferred. The current must be sufficient to cause the precipitator to remove substantially all particulate matter.

【0037】 粒子除去器14A、14Bは連続する測定期間中、選択的に交互に作動し、連
続する測定期間中、一方の気流18A、次いでもう一方の気流18Bから粒子状
物質を除去する必要がある。例えば、最初の測定期間中は粒子除去器14Aがオ
ンになり、粒子除去器14Bがオフになる。次の測定期間中は粒子除去器14B
がオンになり、粒子除去器14Aがオフになる。連続する測定期間中、この交互
の作動パターンが継続する。各期間は相対的に短い時間持続するのが有利であり
、好ましくは15分以下程度であり、より好ましくは5分以下程度であり、最も
好ましくは1分以下程度である。粒子除去器14A、14Bから流出してくる気
流18A、18Bは、連続する測定期間中、各々対応する質量検出器16A及び
16Bに絶えず通流される。
The particle removers 14A, 14B operate selectively and alternately during successive measurement periods, requiring the removal of particulate matter from one airflow 18A and then the other airflow 18B during successive measurement periods. is there. For example, during the first measurement period, the particle remover 14A is turned on, and the particle remover 14B is turned off. Particle remover 14B during the next measurement period
Is turned on, and the particle remover 14A is turned off. This alternating actuation pattern continues during successive measurement periods. Advantageously, each period lasts for a relatively short time, preferably on the order of 15 minutes or less, more preferably on the order of 5 minutes or less, and most preferably on the order of 1 minute or less. The air flows 18A, 18B emerging from the particle removers 14A, 14B are constantly flowing to the respective mass detectors 16A and 16B during successive measurement periods.

【0038】 質量検出器16は、水晶マイクロ天秤、β線吸収モニター、圧力損失モニター
等の他の直接または間接質量検出器を用いることもできるが、テーパー状中空素
子振動マイクロ天秤が好ましいと考えられる。後者の装置は、質量に対する感度
が高く、リアルタイム測定が可能で、直接慣性に基づく質量測定であり、濾過を
利用することで高い捕集効率であるため好ましい。
As the mass detector 16, other direct or indirect mass detectors such as a quartz crystal microbalance, a β-ray absorption monitor, and a pressure loss monitor can be used, but a tapered hollow element vibrating microbalance is considered to be preferable. . The latter device is preferable because it has high sensitivity to mass, can perform real-time measurement, is mass measurement based on direct inertia, and has high collection efficiency by utilizing filtration.

【0039】 測定する必要のある質量がマイクログラム及びサブ−マイクログラムの範囲で
あるので、質量に対する高い感度が重要である。質量揮発が短い時間枠で生じる
ので、リアルタイム測定が重要である。直接質量測定は、測定された値の曖昧さ
を避け、さらに、質量標準による追跡可能なキャリブレーションを可能にするの
で望ましい。濾過は、高い捕集効率を保証する。適切なテーパー状素子振動マイ
クロ天秤は、米国特許第3,926,271号におけるさらに背景となる情報と
共に、米国特許第4,391,338号に記載されている。これら2つの特許の
教示は、それらの全てが、本明細書に参考として含まれる。
High sensitivity to mass is important because the masses that need to be measured are in the microgram and sub-microgram range. Real-time measurement is important because mass volatilization occurs in a short time frame. Direct mass measurement is desirable because it avoids ambiguity in measured values and also allows for traceable calibration with mass standards. Filtration guarantees high collection efficiency. A suitable tapered element vibrating microbalance is described in US Pat. No. 4,391,338, with further background information in US Pat. No. 3,926,271. The teachings of these two patents, all of which are incorporated herein by reference.

【0040】 好ましいマイクロ天秤では、テーパー状中空素子がクランプフリーモードで振
動する。素子の自由末端部にフィルターが取り付けられ、粒子を含む気流から粒
子状物質を捕集する役割をする。この気流は、フィルター、次いで中空素子を通
過し、中空素子の振動周波数はフィルターの質量負荷で変化し、質量測定値に変
換可能となる。本発明の目的では、各測定期間に関連して振動素子の振動周波数
の変化が質量比に変換され(つまり測定時間間隔に関する質量変化)、以下に詳
細に記載される様に補正された質量濃度が得られる。
In a preferred microbalance, the tapered hollow element oscillates in a clamp-free mode. A filter is attached to the free end of the device and serves to trap particulate matter from the gas stream containing the particles. This airflow passes through the filter and then through the hollow element, the vibration frequency of the hollow element changing with the mass load of the filter, which can be converted into a mass measurement. For the purposes of the present invention, the change in the vibration frequency of the vibrating element in connection with each measurement period is converted into a mass ratio (ie the mass change with respect to the measurement time interval), and the mass concentration corrected as described in detail below. Is obtained.

【0041】 テーパー状中空素子振動マイクロ天秤が好ましいが、他の形式または形状のも
の、例えば非テーパー型、音叉型またはU−字型、またはクランプフリーモード
等の他のモードで作動するもの、または捕集器の面にほぼ垂直な方向に振動する
捕集器、衝突プレート、またはその他の粒子捕集器も質量検出器として使用し得
る。
A tapered hollow element vibrating microbalance is preferred, but of other types or shapes, such as operating in other modes such as non-tapered, tuning fork or U-shaped, or clamp-free mode, or A collector, a collision plate, or other particle collector that oscillates in a direction substantially perpendicular to the plane of the collector may also be used as the mass detector.

【0042】 操作中、粒子除去器14Bは、粒子除去器14Aがオフの場合オンであり、ま
た粒子除去器14Aがオンの場合オフである。粒子除去器14Aがオフである場
合、時間Δtでの質量変化及び計器の影響に起因する周波数変化により、質量検
出器16Aは有効質量を測定する。 MAeff=M+MPv+αM+βΔT+γΔP (1) ここで、 M=粒子質量の不揮発性成分 MPv=粒子質量の揮発性成分 αM=フィルターの吸着/脱吸着及び析出物質の揮発による気体の獲得ま
たは損失質量 βΔT=時間Δtの間の温度変化ΔTによる周波数変化の有効質量当量 γΔP=時間Δtの間の圧力変化ΔPによる周波数変化の有効質量当量(β
ΔTとγΔPは主な計器アーチファクトを示す) 同じ時間Δtの間、サイド”B”では、その粒子除去器14Bがオンであり、
とMPvは除去され質量検出器16Bでは検出されない。また、 MBeff=βΔT+γΔP (2) したがって、 MAeff−Mbeff =M+MPv+αM+βΔt+γΔP−(αM+βΔT+γΔP) =M+MPv (3) 次の測定期間または測定間隔中、粒子除去器14Aはオン、粒子除去器14B
はオフである。例えば気流中の気体または蒸気の吸着/脱着効果が同程度で、正
確な引算が可能である様に、両方の検出器で同じ粒子状物質の履歴を保つため、
これらの時間間隔は比較的短い。
In operation, particle remover 14B is on when particle remover 14A is off, or
It is off when the removed particle remover 14A is on. When the particle remover 14A is off
In this case, the mass change at time Δt and the frequency change due to the
Dispenser 16A measures the effective mass. MAeff= MP+ MPv+ ΑMG+ ΒΔT + γΔP (1) where MP= Non-volatile component of particle mass MPv= Volatile component of particle mass αMG= Acquisition / desorption of filter and gas acquisition by evaporation of deposited material
Or loss mass βΔT = effective mass equivalent of frequency change due to temperature change ΔT during time Δt γΔP = effective mass equivalent of frequency change due to pressure change ΔP during time Δt (β
ΔT and γΔP indicate major instrument artifacts) During the same time Δt, on side “B”, its particle remover 14B is on,
MPAnd MPvIs removed and not detected by the mass detector 16B. Also, MBeff= ΒΔT + γΔP (2) Therefore, MAeff-Mbeff  = MP+ MPv+ ΑMG+ ΒΔt + γΔP- (αMG+ ΒΔT + γΔP) = MP+ MPv (3) During the next measurement period or measurement interval, the particle remover 14A is on and the particle remover 14B
Is off. For example, the adsorption / desorption effect of gas or vapor
To maintain the same particulate matter history on both detectors so that accurate subtraction is possible,
These time intervals are relatively short.

【0043】 粒子の測定時間中に作動しない粒子除去器14に対応する質量検出器16は、
その期間中に捕集された粒子状物質の質量を示す質量の測定値、すなわち獲得質
量を提供する。その期間中の揮発による損失質量の測定値は、粒子を含まない(
粒子除去器の作動による)気流が通流するもう一方の質量検出器により提供され
る。2つの質量測定値を差し引き、測定された獲得質量に損失質量を実質的に加
算すると、補正された粒子状物質の質量の正確な測定値が得られる。
The mass detector 16 corresponding to the particle remover 14 that does not operate during the particle measurement time,
It provides a mass measurement indicating the mass of the particulate matter collected during that period, ie, the acquired mass. Measured mass loss due to volatilization during that period does not include particles (
Airflow is provided by another mass detector (through the operation of the particle remover). Subtracting the two mass measurements and substantially adding the lost mass to the measured gained mass provides an accurate measurement of the mass of the corrected particulate matter.

【0044】 実際には、測定は、適当な時間基準で切り換え時間を利用することで質量比に
基づいて行うことができる。全質量測定とは異なり、質量比を差し引くことによ
り、測定システムの僅かなキャリブレーション誤差は、結果的に、同程度の最終
誤差しか生じないであろう。質量を厳密に用いた場合、この誤差はモニタリング
時間の継続に伴って許容し得ないレベルにまで蓄積し、両方の検出器での全質量
が、相互に変動すると考えられる。
In practice, measurements can be made based on mass ratio by utilizing the switching time on a suitable time basis. Unlike a total mass measurement, by subtracting the mass ratio, a small calibration error in the measurement system will result in a comparable final error. If the masses were used strictly, this error would accumulate to unacceptable levels over the duration of the monitoring period, and the total masses at both detectors would vary from one another.

【0045】 図2は、本発明の装置の検出器16A、16Bで測定した、連続する4回の測
定期間にわたって質量がどのように変化するかという例を示す。補正された質量
濃度を以下の関係式にしたがって計算することができる。 (−1)n+1(Δm/Δt)+(−1)(Δm/Δt) =(Δm/Δt) (4) 及び (MC)=(Δm/Δt)(1/F)=Δm/ΔV (5) ここで、Δtは測定期間中の時間間隔を表し、nは測定時間指数を表し、偶数の
nに対して粒子を含む気流は第1(”A”)質量検出器に通流され、奇数のnに
対して粒子を含む気流は第2(”B”)質量検出器に通流され、Δm/Δtは
第1質量検出器で測定した質量比を表し、Δm/Δtは第2質量検出器で測定
した質量比を表し、Δm/Δtは補正された質量比を表し、ΔVは測定期間n
の間にサンプリングされた気体の容積を表し、Fは流量を表し、MCは補正され
た質量濃度を表す。上式(4)で、(−1)への指数付けすることは、測定値の
引き算を実施するためである。
FIG. 2 shows an example of how the mass changes over four consecutive measurement periods, measured with the detectors 16 A, 16 B of the device according to the invention. The corrected mass concentration can be calculated according to the following relation: (-1) n + 1 (Δm B / Δt) n + (- 1) n (Δm A / Δt) n = (Δm / Δt) n (4) and (MC) n = (Δm / Δt) n (1 / F) = Δm / ΔV n (5) where Δt represents a time interval during the measurement period, and n Represents the measurement time index, where the airflow containing particles for even n is passed to the first ("A") mass detector and the airflow containing particles for odd n is the second ("B"). ) Flows through the mass detector, Δm A / Δt represents the mass ratio measured by the first mass detector, Δm B / Δt represents the mass ratio measured by the second mass detector, and Δm / Δt is the correction represents mass ratio, [Delta] V n is the measurement period n
Represents the volume of gas sampled during F, F represents the flow rate, and MC represents the corrected mass concentration. In the above equation (4), the indexing to (-1) is for performing the subtraction of the measured value.

【0046】 図3は、本発明の粒子質量差測定装置の別な実施形態を示す。測定装置40に
おいて、粒子を含む気体42は、通常の構造の粒子径選択導入口44に引き込ま
れ、次いで3つの気流46A、46B、及び46Cに分岐される。粒子を含む気
流46A及び46Bは、任意のドライヤーまたは除湿器47(例えばPerma
Pure Inc、Toms River、New Jerseyより市販される
Nafion製Perma Pure PDTMシリーズガスドライヤー)、次い
で選択的に作動し得る粒子除去器(例えば電気集塵機)48A、48Bの各々を
通って流れ、次いで質量検出器(例えばテーパー状素子振動マイクロ天秤)50
A及び50Bの各々に通流する。ドライヤー47を用いて気流46A及び46B
中の水蒸気を減少、制御、または除去することが有利である。気流46Cは、バ
イパス流であり、導入口44を通る流量を調節することができる。フローコント
ローラー52A、52B、及び52Cは、気流46A、46B、及び46Cの各
々を所望の一定流量に保ち、各質量検出器50A、50Bにおける流量を均等に
する役割を果たす。例えば、導入口44の流出流量が16.7リッター/分であ
る場合、フローコントローラー52A及び52Bは、気流46A及び46B各々
の流量を2.0リッター/分に保つことができ、フローコントローラー52Cは
、気流46Cの流量を12.7リッター/分に保つことができる。フローコント
ローラーと連動して作動する共通の真空ポンプにより、所望の流量が得られる。
粒子除去器スイッチ56が、コントローラー58の指令により粒子除去器48A
、48Bの1つを連続する測定期間中に交互に作動させる。マイクロコンピュー
ター、または他の公知のプロセッサーにより容易に制御されるコントローラー5
8が周波数カウンターデータアナライザー60も制御し、質量検出器50A、5
0Bから周波数測定値を受け取り、公知の方法でこの周波数測定値を質量測定値
に変換する。これらの質量測定値から、粒子を含む気流42中の粒子状物質の質
量及び濃度の少なくとも一方が前述の様に定量され、出力装置62に送られる。
当業者が容易に理解し得る様に、コントローラー58、データアナライザー60
、出力装置62、及び本装置のその他の構成部品は様々な異なる形態にすること
ができる。
FIG. 3 shows another embodiment of the particle mass difference measuring apparatus of the present invention. In the measurement device 40, the gas 42 containing particles is drawn into the particle diameter selective inlet 44 having a normal structure, and then branched into three gas flows 46A, 46B, and 46C. The air streams 46A and 46B containing the particles are supplied to an optional dryer or dehumidifier 47 (eg, Perma).
Nafion's Perma Pure PD series gas dryer commercially available from Pure Inc, Toms River, New Jersey), then flow through each of the selectively operable particle removers (eg, electrostatic precipitators) 48A, 48B, and then mass. Detector (for example, tapered element vibration micro balance) 50
Flow through each of A and 50B. Airflow 46A and 46B using dryer 47
It is advantageous to reduce, control, or eliminate the water vapor in. The airflow 46C is a bypass flow, and the flow rate passing through the inlet 44 can be adjusted. The flow controllers 52A, 52B, and 52C serve to maintain each of the air flows 46A, 46B, and 46C at a desired constant flow rate, and to equalize the flow rates at the respective mass detectors 50A, 50B. For example, when the outflow rate of the inlet 44 is 16.7 liter / minute, the flow controllers 52A and 52B can maintain the flow rate of each of the air flows 46A and 46B at 2.0 liter / minute, and the flow controller 52C , The flow rate of the airflow 46C can be maintained at 12.7 liters / minute. The desired flow rate is obtained by a common vacuum pump working in conjunction with the flow controller.
The particle remover switch 56 is turned on by a command from the controller 58.
, 48B are alternately activated during successive measurement periods. Controller 5 easily controlled by microcomputer or other known processor
8 also controls the frequency counter data analyzer 60, and outputs the mass detectors 50A, 5A.
The frequency measurement is received from OB and converted to a mass measurement in a known manner. From these mass measurements, at least one of the mass and concentration of the particulate matter in the gas stream 42 containing the particles is quantified as described above and sent to the output device 62.
As those skilled in the art can easily understand, the controller 58, the data analyzer 60
, Output device 62, and other components of the device can take a variety of different forms.

【0047】 装置40の運転は、装置10に関して先に述べたものと同じである。装置40
では、補正質量濃度データを得るために単一の導入口と制御システムを用いるこ
とができる点で構成を簡素化できる。
The operation of the device 40 is the same as described above for the device 10. Device 40
Thus, the configuration can be simplified in that a single inlet and a control system can be used to obtain corrected mass concentration data.

【0048】 図4は、本発明の粒子質量差モニターと、同じ期間の間に同じ場所で操作され
る単一のテーパー状素子振動マイクロ天秤による実際の試験結果を示す。プロッ
ト64は、質量差モニターで測定した環境温度における濃度を表し、プロット6
6は、50℃に保たれた単一のテーパー状素子振動マイクロ天秤から得られた濃
度測定値を表す。予期される様に、内部で揮発損失を補正する本発明の質量差モ
ニターがより高い濃度レベルを示す。
FIG. 4 shows actual test results with a particle mass difference monitor of the present invention and a single tapered element vibrating microbalance operated at the same location during the same time period. Plot 64 represents the concentration at ambient temperature measured by the mass difference monitor, and plot 6
6 represents concentration measurements obtained from a single tapered element vibrating microbalance kept at 50 ° C. As expected, the calorimetric monitors of the present invention that internally correct for volatilization losses show higher concentration levels.

【0049】 好ましい2重検出器の実施形態が本明細書に記載され、説明されたが、本発明
の精神から逸脱することなく様々な変更、置換、追加等を行い得ることは当業者
に自明のことである。例えば、所望の粒子を含まない気流を生成するために、2
個の粒子除去器を用いる代わりに1個の粒子除去器を用いることができる。第1
及び第2質量検出器において、粒子を含まない気流と粒子を含む気流とを切り替
えることは、1個の粒子除去器を気体流路の間で機械的に切り替えるか、2個の
質量検出器の間で1個の粒子除去器の出口を例えばバルブで機械的に切り替える
か、または2個の検出器の位置を機械的に切り替えることで行うことができる。
電気集塵機に代えて、フィルター、例えば低圧力損失エレクトロレットフィルタ
ーまたは他の粒子除去器を用いることもできる。意図する用途及び操作条件によ
っては、気体成分を減少させるデヌーダー、温度と湿度の少なくとも一方の制御
装置(PCT/US99/00687に教示されているように)、及びその他の
気流と粒子状物質の少なくとも一方のコンディショニング装置も、粒子質量差モ
ニターと一緒に使用することができる。2個の質量検出器で得られる測定値は、
周波数、質量、質量比、質量濃度、及びその他のパラメーターを含む。
Although preferred dual detector embodiments have been described and described herein, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, substitutions, additions, and the like can be made without departing from the spirit of the invention. That is. For example, to generate an airflow that does not contain the desired particles,
Instead of using one particle remover, one particle remover can be used. First
And in the second mass detector, switching between the particle-free air flow and the particle-containing air flow can be achieved by mechanically switching one particle remover between gas flow paths or by using two mass detectors. This can be done by mechanically switching the outlet of one particle remover between them, for example with a valve, or mechanically switching the position of the two detectors.
Instead of an electrostatic precipitator, a filter such as a low pressure drop electrolet filter or other particle remover can be used. Depending on the intended application and operating conditions, a denuder that reduces gaseous components, a temperature and / or humidity controller (as taught in PCT / US99 / 00687), and at least other gas and particulate matter. One conditioning device can also be used with the particle mass difference monitor. The measurements obtained with the two mass detectors are:
Includes frequency, mass, mass ratio, mass concentration, and other parameters.

【0050】 本発明の単一検出器に関する実施形態では、粒子を含む気流と、それと実質的
に同一であるが粒子を含まない気流とが、連続する測定期間中、質量検出器に交
互に通流される。適当な短い測定時間で質量検出器で連続して得られる測定値間
の差を取り、捕集された粒子状物質の測定された獲得質量に、測定期間中の揮発
による損失質量を加算することで、気流中の全粒子質量の正確な測定値が得られ
る。
In a single detector embodiment of the present invention, a gas flow containing particles and a gas flow substantially identical thereto but without particles are alternately passed through the mass detector during successive measurement periods. Swept away. To take the difference between successive measurements obtained with a mass detector in a suitable short measurement time and add the mass lost due to volatilization during the measurement period to the measured gain of the collected particulate matter Gives an accurate measurement of the total mass of the particles in the airflow.

【0051】 本発明の粒子質量測定装置の単一検出器の一実施形態が図5に図示される。装
置10’は、選択的に作動する粒子除去器14と質量検出器16とに空気が通流
可能に連通している導入口12を含んでいる。粒子を含む気流18が導入口12
に入り、選択的に作動する粒子除去器14を通過し、質量検出器16と継続的に
交合する。
One embodiment of the single detector of the particle mass measurement device of the present invention is illustrated in FIG. Apparatus 10 'includes an inlet 12 in air communication with a selectively activated particle remover 14 and a mass detector 16 . The air flow 18 containing the particles is
And passes through a selectively activated particle remover 14 and continuously mates with a mass detector 16.

【0052】 導入口12は通常、所定のカットオフサイズより大きい粒子を粒子を含む気流
から予備分離する分離器を含む。例えば、PM10及び/またはPM2.5分離
器を有する導入口葉公知であり、市販されている。
The inlet 12 typically includes a separator for pre-separating particles larger than a predetermined cutoff size from the gas stream containing the particles. For example, an inlet lobe having a PM10 and / or PM2.5 separator is known and commercially available.

【0053】 粒子を含む気流が流入する導入口12は次に選択的に作動し得る粒子除去器1
4に連結し、それを通り抜ける。作動した粒子除去器14は、気流の温度、圧力
及び/または流量に殆ど影響せず気流から実質的に全ての粒子を除去する。この
様な粒子除去は、市販の空気清浄装置で一般に用いられているものと同じタイプ
の電気集塵機を用いて行うことが有利である。オゾンの生成を減らすため、陽性
コロナ及び極めて低い電流、例えば数十ナノアンペア程度で作動する電気集塵機
が好ましい。電流は析出器に実質的に全ての粒子状物質を除去させるに十分でな
ければならない。
The inlet 12 into which the air stream containing the particles flows enters the particle remover 1 which can be selectively operated next.
Connect to 4 and go through it. The activated particle remover 14 removes substantially all particles from the air stream with little effect on the temperature, pressure and / or flow rate of the air stream. It is advantageous to perform such particle removal using the same type of electrostatic precipitator that is commonly used in commercially available air purifiers. To reduce the production of ozone, a positive corona and an electrostatic precipitator operating at very low current, for example of the order of tens of nanoamps, are preferred. The current must be sufficient to cause the depositor to remove substantially all particulate matter.

【0054】 粒子除去器14はその後の交互の測定期間中に選択的に作動し、その後の交互
の測定期間中に気流18から粒子状物質を除去する。
The particle remover 14 is selectively activated during a subsequent alternating measurement period to remove particulate matter from the gas stream 18 during a subsequent alternating measurement period.

【0055】 例えば、最初の測定期間中、粒子除去器をオンにし、次の測定期間中、粒子除
去器14をオフにする。この交互の作動パターンが連続する測定期間中継続する
。各測定期間は比較的短く、好ましくは15分間程度以下、より好ましくは5分
間程度以下、最も好ましくは1分間程度以下であることが有利である。
For example, during the first measurement period, the particle remover is turned on, and during the next measurement period, the particle remover 14 is turned off. This alternating operation pattern continues during successive measurement periods. Advantageously, each measurement period is relatively short, preferably about 15 minutes or less, more preferably about 5 minutes or less, and most preferably about 1 minute or less.

【0056】 粒子除去器14から発生する気流18は、連続する測定期間中を通じて継続的
に質量測定器16と交合する。
The airflow 18 generated from the particle remover 14 continuously intersects with the mass measuring device 16 throughout the continuous measurement period.

【0057】 水晶マイクロ天秤、β線吸収モニター、圧力損失モニター等の他の直接または
間接質量検出器も用いられるが、好ましいと考えられる質量検出器16はテーパ
ー状中空素子振動マイクロ天秤である。質量に対する感度が高く、リアルタイム
測定が可能で、直接慣性に基づく質量測定であり、高い捕集効率を利用して濾過
するため、後者の装置が好ましい。
While other direct or indirect mass detectors such as quartz crystal microbalances, β-ray absorption monitors, pressure drop monitors, etc. may be used, the mass detector 16 which is considered preferred is a tapered hollow element vibrating microbalance. The latter device is preferable because it has high sensitivity to mass, can perform real-time measurement, is mass measurement based on direct inertia, and filters using high collection efficiency.

【0058】 測定されるべき質量はマイクログラム及びサブマイクログラム程度であるので
、高い質量感度が重要である。質量揮発が短い時間枠で生じるので、リアルタイ
ム測定が重要である。測定された価の曖昧さを避け、同時に質量標準を追跡して
補正するために直接質量測定が望ましい。濾過は高い捕集効率を保証する。適当
なテーパー素子振動マイクロ天秤は特許権を共有する米国特許第4,391,3
38号に記載され、それ以上の情報は米国特許第3,926,271号で提供さ
れる。これら2つの特許の知見は本明細書に参考文献として含まれる。
Since the mass to be measured is on the order of micrograms and sub-micrograms, high mass sensitivity is important. Real-time measurement is important because mass volatilization occurs in a short time frame. Direct mass measurement is desirable to avoid ambiguity in the measured value, while at the same time tracking and correcting the mass standard. Filtration guarantees high collection efficiency. A suitable tapered element vibrating microbalance is disclosed in commonly owned U.S. Pat. No. 4,391,3.
No. 38, and more information is provided in US Pat. No. 3,926,271. The findings of these two patents are incorporated herein by reference.

【0059】 好ましいマイクロ天秤では、テーパー状中空素子がクランプフリーモードで振
動する。素子の自由末端にフィルターが取り付けられ、粒子を含む気流から粒子
状物質を捕集する役割をする。この気流がフィルター、次いで中空素子を通過し
た場合、中空素子の振動周波数はフィルターの質量負荷で変化し、質量測定値に
容易に変換可能となる。本発明の目的では、各測定期間に関する振動素子の振動
周波数の変化が質量比に変換され(即ち測定時間間隔に関する質量変化)、以下
により詳細に記載される様に補正された質量濃度が得られる。
In a preferred microbalance, the tapered hollow element oscillates in a clamp-free mode. A filter is attached to the free end of the device and serves to trap particulate matter from the gas stream containing the particles. When this airflow passes through the filter and then through the hollow element, the vibration frequency of the hollow element changes with the mass load of the filter and can easily be converted to a mass measurement. For the purposes of the present invention, the change in the vibration frequency of the vibrating element for each measurement period is converted into a mass ratio (i.e., the change in mass over the measurement time interval), resulting in a corrected mass concentration as described in more detail below. .

【0060】 テーパー状中空素子振動マイクロ天秤が好ましいが、他の形式または形状のも
の、例えば非テーパー型、音叉型またはU−字型、またはクランプフリーモード
等の他のモードで作動するもの、または一般的に捕集器の面に垂直に振動させる
捕集器、または衝突プレートまたはその他の粒子捕集器も質量検出器として使用
し得る。
A tapered hollow element vibrating microbalance is preferred, but in other forms or shapes, such as operating in other modes such as non-tapered, tuning fork or U-shaped, or clamp-free mode, or A collector that typically vibrates perpendicular to the plane of the collector, or a collision plate or other particle collector, may also be used as the mass detector.

【0061】 操作中、粒子除去器14をオフにして、質量検出器16は質量変化と計器の影
響二由来する周波数変化による有効質量MAeffを、Δt時間にわたり測定す
る MAeff=M+M +αM+β+γΔP (1) ここで M=粒子質量の非揮発性成分 M =粒子質量の揮発性成分 αM=フィルターの吸着/脱吸着及び析出物質の揮発による気体の獲得ま
たは損失質量 βΔt=時間Δt中の温度変化Δtによる周波数変化の有効質量当量 γΔP=時間ΔP中の圧力変化ΔPによる周波数変化の有効質量当量(βΔ
tとγΔPは主な装置人工産物を表す) その後の時間Δt中、粒子除去器14がオンであり、MとM は除去され
質量検出器16では検出されない。また MBeff=βΔt+γΔP (2) したがって MAeff−Mbeff=M+M +αM+βΔt+γΔP−(αM +βΔt+γΔP)=M+M (3) これらの測定期間Δtは粒子濃度の変化率、及び温度及び圧力等の質量測定に
影響する因子と比較して相対的に短く保たれ、そのため、揮発の影響、気流中の
気体または蒸気の吸着/脱吸着効果、及び圧力変化の影響はその後の2回の測定
期間中は同程度のままとなり、正確な引算が可能になる。
In operation, the particle remover 14 is turned off, and the mass detector 16 changes in mass and the shadow of the instrument.
Effective mass M due to frequency change derived from HibikiAeffIs measured over time Δt.
MAeff= MP+ MP v+ ΑMG+ Β + γΔP (1) where MP= Non-volatile component of particle mass MP v= Volatile component of particle mass αMG= Acquisition / desorption of filter and gas acquisition by evaporation of deposited material
Or loss mass βΔt = effective mass equivalent of frequency change due to temperature change Δt during time Δt γΔP = effective mass equivalent of frequency change due to pressure change ΔP during time ΔP (βΔ
t and γΔP represent the main device artifacts) During the subsequent time Δt, the particle remover 14 is on and MPAnd MP vIs removed
It is not detected by the mass detector 16. Also MBeff= ΒΔt + γΔP (2) Therefore, MAeff-Mbeff= MP+ MP v+ ΑMG+ ΒΔt + γΔP- (αM G + ΒΔt + γΔP) = MP+ MP v (3) These measurement periods Δt are used for the rate of change of the particle concentration and for the measurement of mass such as temperature and pressure.
It is kept relatively short compared to the influencing factors, so the effects of volatilization,
Gas / vapor adsorption / desorption effect and the effect of pressure change are measured twice
It remains the same during the period, allowing accurate subtraction.

【0062】 粒子除去器14が特定の測定期間中に作動しない場合の質量検出器16は、そ
の期間中に捕集された粒子状物質の質量の代表値である質量の測定値、すなわち
獲得質量を提供する。その同じ期間中の揮発による損失質量の有効な価は、その
間に質量検出器16が粒子を含まない(粒子除去器が作動した)気流と交合する
、連続する測定期間中に質量検出器によって提供される。2つの質量の測定値を
差し引き、測定された獲得質量に損失質量を有効に加算し、粒子状物質の質量の
補正された正確な値が得られる。
When the particle remover 14 does not operate during a particular measurement period, the mass detector 16 provides a measurement of the mass that is representative of the mass of the particulate matter collected during that period, ie, the acquired mass. I will provide a. The effective value of the mass lost due to volatilization during that same period is provided by the mass detector during successive measurement periods during which the mass detector 16 intersects the particle-free (particle remover activated) airflow. Is done. The two mass measurements are subtracted and the loss mass is effectively added to the measured gain mass to obtain a corrected and accurate value of the mass of the particulate matter.

【0063】 実際には、切り替え時間を便利な時間の基準として用いて、測定を質量比に基
づいて行うことができる。質量比を差し引くことにより、測定システムの僅かな
補正誤差は結果に同程度の最終誤差を生じるのみとなる。質量を直接用いた場合
は、モニタリング時間が続くにつれてこの誤差は許容できないレベルに蓄積し得
る。
In practice, measurements can be made based on mass ratio, using the switching time as a convenient time reference. By subtracting the mass ratio, small correction errors in the measurement system will only result in comparable final errors in the results. If the mass is used directly, this error can accumulate to unacceptable levels as the monitoring time continues.

【0064】 図6は、図5の装置の検出器16で測定して、質量がその後の4回の測定期間
中にどのように変化するかという例を示す。補正された質量濃度を以下の関係式
にしたがって計算することができる。
FIG. 6 shows an example of how the mass changes during the subsequent four measurement periods, as measured by the detector 16 of the device of FIG. The corrected mass concentration can be calculated according to the following relation:

【0065】 (−1)n+1(Δm/Δt)+(−1)(Δm/Δt)=(Δ
m/Δt) (4) 及び (MC)=(Δm/Δt)(1/F)=Δm/ΔV (5) ここで Δtは測定期間中の時間間隔を表し、 nは測定時間指数を表し、 偶数のnに対し粒子を含む気流は第1(A)質量検出器と交合し、 奇数のnに対し粒子を含む気流は第2(B)質量検出器と交合し、 Δm/Δtは第1質量検出器で測定した質量比を表し、 Δm/Δtは第2質量検出器で測定した質量比を表し、 Δm/Δtは補正された質量比を表し、 ΔVは測定期間n中にサンプリングされた気体の容積を表し、 Fは流量を表し、 MCは補正された質量濃度を表す。
[0065] (-1) n + 1 (Δm B / Δt) n + (- 1) n (Δm A / Δt) n = (Δ
m / Δt) n (4) and (MC) n = (Δm / Δt) n (1 / F) = Δm / ΔV n (5) where Δt represents the time interval during the measurement period, and n is the measurement time An airflow containing particles for even n crosses the first (A) mass detector, an airflow containing particles for odd n crosses the second (B) mass detector, Δm A / Δt represents the mass ratio measured by the first mass detector, Δm B / Δt represents the mass ratio measured by the second mass detector, Δm / Δt represents the corrected mass ratio, and ΔV n represents the measured mass ratio. Represents the volume of gas sampled during period n, F represents the flow rate, and MC represents the corrected mass concentration.

【0066】 上の式(4)で、(−1)に対する指数付けにより測定値の引算が行われる。In the above equation (4), the measurement value is subtracted by indexing (−1).

【0067】 図7は本発明の単一検出器粒子質量差測定装置の別な実施態様を示す。粒子を
含む気流42が従来の構造の粒子サイズ選択導入口44を通って測定装置40’
中に引き込まれ、次いで2つの気流46A及び46Cに分割される。粒子を含む
気流46Aはオプションであるドライヤーまたは除湿器47(例えばPerma
Pure Inc、Toms River、New Jerseyより市販さ
れるNafion製Perma Pure PDTMシリーズガスドライヤー)
、次いで選択的に作動し得る粒子除去器(例えば電気集塵機)48を通って流れ
、次いで質量検出器(例えばテーパー素子振動マイクロ天秤)50と交合する。
ドライヤー47を用いて気流46A中の水蒸気を減少、制御または除去すること
が有利である。気流46Cはバイパス流であり、導入口44を通る流量を調節す
ることができる。フローコントローラー52A及び52Cは気流46A中と質量
検出器50における所望の一定流量に保つ役割を果たす。例えば、導入口44の
流出速度が16.7リッター/分である場合、フローコントローラー52Aは気
流46Aの流量を2.0リッター/分に保つことができ、フローコントローラー
52Cは気流46Cの流量を14.7リッター/分に保つことができる。フロー
コントローラーと関連して作動する共通の真空ポンプにより、所望の流量が得ら
れる。粒子除去器スイッチ56により、コントローラー58の指令取りに連続す
る測定期間中に粒子除去器48が作動する。マイクロコンピューターまたは他の
公知のプロセッサーにより容易に制御されるコントローラー58が周波数カウン
ターデータアナライザー60も制御し、質量検出器50から周波数測定値を受け
取り、公知の方法でこの周波数測定値を質量測定値に変換する。これらの質量測
定値から粒子を含む気流42中の粒子状物質の質量及び/または濃度が先に述べ
た様にアナライザー60により定量され、出力装置62に送られる。当業者が容
易に理解し得る様に、スイッチ56、コントローラー58、データアナライザー
60、出力装置62及び本装置のその他の構成部品は様々な異なった形式である
ことも可能である。
FIG. 7 shows another embodiment of the single detector particle mass difference measuring apparatus of the present invention. An air stream 42 containing particles passes through a particle size selection inlet 44 of conventional construction and a measuring device 40 '.
And then split into two air streams 46A and 46C. The air stream 46A containing the particles may be an optional dryer or dehumidifier 47 (eg, Perma
Nafion's Perma Pure PD TM Series Gas Dryer, commercially available from Pure Inc, Toms River, New Jersey)
Then, it flows through a particle remover (eg, an electrostatic precipitator) 48 that can be selectively activated, and then intersects with a mass detector (eg, a tapered element vibrating microbalance).
It is advantageous to use a dryer 47 to reduce, control or remove water vapor in the airflow 46A. The air flow 46C is a bypass flow, and the flow rate passing through the inlet 44 can be adjusted. The flow controllers 52A and 52C serve to maintain a desired constant flow rate in the airflow 46A and in the mass detector 50. For example, when the outflow speed of the inlet 44 is 16.7 liters / minute, the flow controller 52A can maintain the flow rate of the air flow 46A at 2.0 liters / minute, and the flow controller 52C adjusts the flow rate of the air flow 46C to 14 liters / minute. 0.7 liters / minute. The desired flow rate is obtained by a common vacuum pump operating in conjunction with the flow controller. The particle remover switch 56 activates the particle remover 48 during a measurement period following the command taking of the controller 58. A controller 58, which is easily controlled by a microcomputer or other known processor, also controls the frequency counter data analyzer 60, receives the frequency measurement from the mass detector 50, and converts this frequency measurement into a mass measurement in a known manner. Convert. From these mass measurements, the mass and / or concentration of the particulate matter in the gas stream 42 containing the particles is quantified by the analyzer 60 as described above and sent to the output device 62. As those skilled in the art will readily appreciate, switch 56, controller 58, data analyzer 60, output device 62, and other components of the device may be of a variety of different types.

【0068】 装置40’の操作は装置10’について先に記載したものと同一である。The operation of device 40 ′ is the same as described above for device 10 ′.

【0069】 本明細書では好ましい単一検出器の実施態様を記載し説明したが、本発明の精
神から逸脱することなく様々な変更、置換、追加等を行い得ることは当業者に自
明のことと思われる。例えば、質量検出器に関する粒子を含まない気流と粒子を
含む気流の切り替えは、粒子を含む気流と粒子を含まない気流間の機械的切り替
え、例えばバルブ、または検出器の位置の機械的切り替え等、様々な別なアプロ
ーチでも行うことができる。電気集塵機よりはむしろ、フィルター、例えば低圧
力損失エレクトロレットフィルターまたは他の粒子除去器を用いることも可能で
ある。意図する用途及び操作条件によっては、気体成分を減少させるデヌーダー
、温度及び/または湿度制御装置(特許権を共有するPCT/US99/006
87に開示されるもの等)、及びその他の気流及び/または粒子状物質コンディ
ショニング装置も、粒子質量差モニターと一緒に使用することができる。質量検
出器が提供する測定値は、周波数、質量、質量比、質量濃度及びその他のパラメ
ーターを含む。
Although a preferred single detector embodiment has been described and described herein, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, substitutions, additions, etc. can be made without departing from the spirit of the invention. I think that the. For example, switching between a particle-free air flow and a particle-containing air flow for a mass detector may be a mechanical switch between a particle-containing air flow and a particle-free air flow, such as a mechanical switch in the position of a valve or detector, and the like. A variety of alternative approaches can be used. Rather than an electrostatic precipitator, it is also possible to use a filter, for example a low pressure drop electrolet filter or other particle remover. Depending on the intended application and operating conditions, a denuder, temperature and / or humidity controller to reduce gaseous components (PCT / US99 / 006 sharing patents)
87, and other airflow and / or particulate conditioning devices can also be used with the particle mass difference monitor. The measurements provided by the mass detector include frequency, mass, mass ratio, mass concentration and other parameters.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は本発明の2重検出器粒子質量差測定装置の1実施態様の簡
単な模式図を示す。
FIG. 1 shows a simple schematic diagram of one embodiment of a dual detector particle mass difference measuring apparatus of the present invention.

【図2】 図2は補正された質量濃度が、本発明の粒子質量差測定装置の2
重検出器の質量比測定値からどのように導かれるかを理解する上で有用なグラフ
表示である。
FIG. 2 shows that the corrected mass concentration is 2% of the particle mass difference measuring device of the present invention.
5 is a graphical representation useful in understanding how it is derived from the mass ratio measurement of a double detector.

【図3】 図3は本発明の2重検出器装置の別な実施態様を示す。FIG. 3 shows another embodiment of the dual detector device of the present invention.

【図4】 図4は本発明の粒子質量差測定装置で得られた実際の粒子状物質
濃度測定と、単一テーパー素子振動マイクロ天秤で得られた測定のグラフ上での
比較を表す。
FIG. 4 is a graph showing a comparison between an actual measurement of the concentration of particulate matter obtained by the particle mass difference measuring apparatus of the present invention and a measurement obtained by a single-taper element vibration microbalance.

【図5】 図5は本発明の単一検出器粒子質量差測定装置の1実施態様の簡
単な模式図である。
FIG. 5 is a simplified schematic diagram of one embodiment of a single detector particle mass difference measuring apparatus of the present invention.

【図6】 図6は補正された質量濃度が本発明の粒子質量差測定装置の単一
検出器の質量比測定値からどのように導かれるかを理解する上で有用なグラフ表
示である。
FIG. 6 is a graphical representation useful in understanding how the corrected mass concentration is derived from a single detector mass ratio measurement of the particle mass difference measurement device of the present invention.

【図7】 図7は本発明の単一検出器装置の別な実施態様を示す。FIG. 7 shows another embodiment of the single detector device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 断熱ブロック 15 可撓性を有する断熱発泡材からなる複数の層 26 圧力覆い 12 Insulation Block 15 Plural Layers of Flexible Insulating Foam 26 Pressure Cover

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AU,CN,J P (72)発明者 ラプレット,ジョーグ アメリカ合衆国,12186 ニューヨーク州, ブーアヒースビル,クロウ リッジ ロー ド 33──────────────────────────────────────────────────の Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), AU, CN, JP (72) Inventor Raplet, Jorg United States, 12186 New York, Boorheathville, Crow Ridge Road 33

Claims (31)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 粒子を含む気流(46A)中の粒子状物質を測定する装置(
40’)であって、 質量検出器(50)、及び 粒子を含まない以外は粒子を含む上記気流と実質的に同一である粒子を含まな
い気流を提供するための第1手段(48)を有し、 連続する測定期間中、粒子を含む上記気流と粒子を含まない上記気流を交互に
上記質量検出器(50)と交合させる切り替え手段(56)を有することを特徴
とする装置(40’)。
An apparatus for measuring particulate matter in an air flow containing particles (46A) (1)
40 ') comprising: a mass detector (50); and a first means (48) for providing a particle-free airflow substantially identical to said airflow containing particles except for particles. An apparatus (40 ') comprising switching means (56) for alternately intermingling said mass flow (50) with said mass flow containing particles during said continuous measurement period. ).
【請求項2】 質量検出器(50)が提供する現在の測定時間に対する第1
測定値と、質量検出器(50)が提供するその後の測定時間に対する第2測定値
の間の差を測定するための第2手段(60)をさらに有し、その差により現在の
測定時間中に生じる揮発損失を内部で補正し、上記差から粒子を含む気流中の粒
子状物質の質量または濃度を定量することを特徴とする請求の範囲第1項に記載
の装置(40’)。
2. The method according to claim 1, wherein the first measurement time is provided for a current measurement time provided by the mass detector.
Second means (60) for measuring a difference between the measured value and a second measured value for a subsequent measuring time provided by the mass detector (50), the difference being used during the current measuring time. The apparatus (40 ′) according to claim 1, wherein the volatilization loss caused in the gas is corrected internally, and the mass or concentration of the particulate matter in the gas stream containing the particles is determined from the difference.
【請求項3】 上記質量検出器は第1質量検出器(50A)と、さらに第2
質量検出器(50B)を有し、 上記切り替え手段(56)により、粒子を含む上記気流と粒子を含まない上記
気流を上記第1質量検出器(50A)と上記第2質量検出器(50B)それぞれ
に、その後の測定時間中に交互に交合させ、 上記その後の測定時間中それぞれに対する第1質量検出器(50A)が提供す
る第1測定値と、第1質量検出器(50B)が提供する第2測定値の間の差を測
定するための第2手段(60)をさらに有し、上記の差は上記測定時間中に生じ
る揮発損失を内部で補正し、上記差から粒子を含む気流中の粒子状物質の質量ま
たは濃度を定量することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の装置(40)。
3. The mass detector comprises a first mass detector (50A) and a second mass detector.
A first mass detector (50A) and a second mass detector (50B) having a mass detector (50B), and the switching means (56) converting the airflow containing particles and the airflow not containing particles to the first mass detector (50A); Each of them is alternately mated during the subsequent measurement time, and the first measurement value provided by the first mass detector (50A) and the first mass detector (50B) provided for each of the subsequent measurement times. A second means (60) for measuring the difference between the second measurements, wherein said difference internally corrects for volatile losses occurring during said measurement time, and from said difference a gaseous stream containing particles. Device (40) according to claim 1, characterized in that the mass or concentration of the particulate matter is determined.
【請求項4】 上記第1手段(48)は実質的に全ての粒子状物質を粒子を
含む上記気流から除去し、粒子を含まない上記気流を提供するための粒子除去手
段を有することを特徴とする先行する請求の範囲のいずれか1項に記載の装置(
40、40’)。
4. The first means (48) comprises particle removal means for removing substantially all of the particulate matter from the gas stream containing particles and providing the gas stream free of particles. Device according to any one of the preceding claims, wherein
40, 40 ').
【請求項5】 気流の温度、圧力及び流量を実質的に同一に保ちながら、上
記粒子除去手段は粒子を含む上記気流から上記粒子状物質を除去することを特徴
とする請求項の範囲第4項に記載の装置(40、40’)。
5. The method according to claim 4, wherein said particle removing means removes said particulate matter from said air stream containing particles while keeping the temperature, pressure and flow rate of said air stream substantially the same. Item (40, 40 ').
【請求項6】 上記粒子除去手段は電気集塵機であることを特徴とする請求
項の範囲第5項に記載の装置(40、40’)。
6. The device (40, 40 ′) according to claim 5, wherein said particle removing means is an electric dust collector.
【請求項7】 上記粒子除去手段は低電流、陽性コロナモードで作動するこ
とを特徴とする請求項の範囲第6項に記載の装置(40、40’)。
7. Apparatus (40, 40 ′) according to claim 6, characterized in that the particle removal means operates in a low current, positive corona mode.
【請求項8】 上記第1手段(48)は1対の電気集塵機(48A、48B
)を有し、上記切り替え手段(56)はその後の上記測定時間中、上記1対の電
気集塵機の一方のみを交互に制御して作動させる手段を有することを特徴とする
請求項の範囲第3項に記載の装置(40)。
8. The first means (48) includes a pair of electric dust collectors (48A, 48B).
The switching means (56) further comprises means for alternately controlling and operating only one of the pair of electric precipitators during the subsequent measurement time. Item (40).
【請求項9】 各質量検出器(50)は振動素子マイクロ天秤を有すること
を特徴とする先行する請求項の範囲いずれか1項に記載の装置(40、40’)
9. Device (40, 40 ′) according to any one of the preceding claims, characterized in that each mass detector (50) has a vibrating element microbalance.
.
【請求項10】 粒子を含む気流及び粒子を含まない気流中の水蒸気を減少
させるためのドライヤー(47)を有することを特徴とする先行する請求項の範
囲いずれか1項に記載の装置(40、40’)。
10. Apparatus (40) according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a dryer (47) for reducing water vapor in the particle-containing and particle-free gas streams. , 40 ').
【請求項11】 各質量検出器(50)が提供する測定値は質量比測定値で
あることを特徴とする先行する請求項の範囲いずれか1項に記載の装置(40、
40’)。
11. Apparatus according to claim 1, characterized in that the measurement value provided by each mass detector (50) is a mass ratio measurement value.
40 ').
【請求項12】 測定期間中、各検出器(50A、50B)において実質的
に同一の気流を維持するための流量制御手段(52A、52B)をさらに有する
ことを特徴とする請求項の範囲第3項に記載の装置(40)。
12. The apparatus according to claim 1, further comprising a flow control means for maintaining substantially the same air flow in each of the detectors during the measurement period. Device (40) according to clause 3.
【請求項13】 上記切り替え手段(56)は (a)上記測定時間のその後の偶数番号期間中、それぞれに粒子を含む上記気
流を上記第1質量検出器(50A)と交合させ、粒子を含まない上記気流を同時
に上記第2質量検出器(50B)と交合させ、 (b)上記測定時間のその後の奇数番号期間中それぞれ、粒子を含む上記気流
を上記第1質量検出器(50B)と交合させ、粒子を含まない上記気流を同時に
上記第2質量検出器(50A)と交合させる装置(40)であって、 上記第1測定値及び上記第2測定値は測定時間のその後の偶数番号期間中の獲
得質量と損失質量をそれぞれ表し、上記第1測定値及び上記第2測定値は測定時
間のその後の奇数番号期間中の損失質量と獲得質量をそれぞれ表し、 上記第2手段(60)はその後の各測定期間中に損失質量を獲得質量に有効に
加算し、粒子を含む気流中の粒子物質の質量または濃度を定量することを特徴と
する請求項の範囲第3項に記載の装置(40)。
13. The switching means (56) comprises: (a) during an even-numbered period subsequent to the measurement time, the air flow containing particles, respectively, is mixed with the first mass detector (50A) to contain particles. (B) combining the air flow containing particles with the first mass detector (50B) during each of the subsequent odd-numbered periods of the measurement time; An apparatus (40) for simultaneously intermingling the particle-free airflow with the second mass detector (50A), wherein the first measurement value and the second measurement value are in even-numbered periods of the measurement time Respectively, wherein the first measured value and the second measured value respectively represent the lost mass and the acquired mass during an odd-numbered period of the measurement time, and the second means (60) Then Effectively adds to acquire mass loss mass during the measurement period, according to claim 3 claims, characterized in that quantifying the mass or concentration of particulate matter in the air flow containing the particles (40).
【請求項14】 切り替え手段(56)により (a)その後の測定時間の偶数期間中に粒子を含む気流を質量検出器(50)
と交合させ、 (b)その後の測定時間の奇数番号期間中に粒子を含まない気流を質量検出器
(50)と交合させる装置(40’)であって、 検出器(50)に粒子を含む気流を交合させる場合、検出器は獲得質量を測定
し、検出器(50)に粒子を含まない気流を交合させる場合、検出器は損失質量
を測定し、 第2手段(60)が測定した獲得質量を測定した損失質量に効果的に加算し、
粒子を含む気流中の粒子状物質の質量または濃度を定量することを特徴とする請
求項の範囲第2項に記載の装置(40)。
14. Switching means (56) for: (a) detecting an air flow containing particles during an even period of a subsequent measurement time by a mass detector (50);
(B) a device (40 ') for mating a particle-free airflow with a mass detector (50) during an odd numbered period of the subsequent measurement time, wherein the detector (50) contains particles. If the airflow is combined, the detector measures the acquired mass, and if the detector (50) is combined with a particle-free airflow, the detector measures the lost mass, and the second means (60) measures the acquired mass. Effectively adding the mass to the measured loss mass,
Device (40) according to claim 2, characterized in that the mass or concentration of particulate matter in an air stream containing particles is determined.
【請求項15】 損失質量は上記粒子状物質の揮発性成分を表すことを特徴
とする請求項の範囲第13または14項に記載の装置(40、40’)。
15. Apparatus (40, 40 ′) according to claim 13 or claim 14, characterized in that the lost mass represents a volatile component of the particulate matter.
【請求項16】 その後の上記各測定期間は約15分間以内、継続すること
を特徴とする請求項の範囲第15項に記載の装置(40、40’)。
16. Apparatus (40, 40 ′) according to claim 15, wherein each of said subsequent measuring periods lasts for about 15 minutes or less.
【請求項17】 その後の上記各測定期間は約1分間以内、継続することを
特徴とする請求項の範囲第15項に記載の装置(40、40’)。
17. Apparatus (40, 40 ′) according to claim 15, wherein each of said subsequent measuring periods lasts within about one minute.
【請求項18】 粒子を含む気流中の粒子状物質の定量値は、以下の関係式
により計算された補正質量濃度を有することを特徴とする請求項の範囲第3項に
記載の装置(40): (−1)n+1(Δm/Δt)+(−1)n(Δm/Δt)=(Δm
/Δt)、及び (MC)n=(Δm/Δt)(1/F)=Δm/ΔV ただし、Δtは測定期間の時間間隔を表し、 nは測定期間指数を表し、 奇数のnに対しては粒子を含む気流を第1質量検出器(50A)と交合させ
、 偶数のnに対しては粒子を含む気流を第1質量検出器(50B)と交合させ
、 Δm/Δtは第1質量検出器(50A)で測定された質量比を表し、Δm /Δtは第2質量検出器(50B)で測定された質量比を表し、 Δm/Δtは補正質量比を表し、 ΔVは測定期間n中の気体試料の容積を表し、 Fは流量を表し、 MCは補正質量濃度を表す。
18. The quantitative value of particulate matter in an airflow containing particles is calculated by the following relational expression:
Claim 3 characterized in that it has a corrected mass concentration calculated by
The described device (40): (-1)n + 1(ΔmB/ Δt)n+ (− 1) n (ΔmA/ Δt)n= (Δm
/ Δt)n, And (MC) n = (Δm / Δt)n(1 / F) = Δm / ΔVn  Here, Δt represents a time interval of the measurement period, n represents a measurement period index, and for an odd number n, the air flow containing particles is mixed with the first mass detector (50A).
For even n, the air stream containing particles is combined with the first mass detector (50B).
, ΔmA/ Δt represents the mass ratio measured by the first mass detector (50A), and ΔmB / Δt represents the mass ratio measured by the second mass detector (50B), Δm / Δt represents the corrected mass ratio, ΔVnRepresents the volume of the gas sample during the measurement period n, F represents the flow rate, and MC represents the corrected mass concentration.
【請求項19】 粒子を含む気流中の粒子状物質の定量値は、以下の関係式
により計算された補正質量濃度を有することを特徴とする請求項の範囲第2項に
記載の装置(40’): (−1)n+1(Δm/Δt)+(−1)n(Δm/Δt)=(Δm
/Δt)、及び (MC)n=(Δm/Δt)(1/F)=Δm/ΔV ただし、Δtは測定期間の時間間隔を表し、 nは測定期間指数を表し、 奇数のnに対しては粒子を含む気流を質量検出器(50)と交合させ、 偶数のnに対しては粒子を含む気流を質量検出器(50)と交合させ、 Δm/Δtは質量検出器(50)で測定された質量比を表し、Δm/Δt
は質量検出器(50)で測定された質量比を表し、 Δm/Δtは補正質量比を表し、 ΔVは測定期間n中の気体試料の容積を表し、 Fは流量を表し、 MCは補正質量濃度を表す。
19. The quantitative value of particulate matter in an airflow containing particles is calculated by the following relational expression:
3. The method according to claim 2, wherein the corrected mass concentration is calculated by
The described device (40 '): (-1)n + 1(ΔmB/ Δt)n+ (− 1) n (ΔmA/ Δt)n= (Δm
/ Δt)n, And (MC) n = (Δm / Δt)n(1 / F) = Δm / ΔVn  Where Δt represents the time interval of the measurement period, n represents the measurement period index, and the odd-numbered n intersects the air flow containing particles with the mass detector (50), and the even-numbered n Is mixed with the mass detector (50), and ΔmA/ Δt represents the mass ratio measured by the mass detector (50), and ΔmB/ Δt
Represents the mass ratio measured by the mass detector (50), Δm / Δt represents the corrected mass ratio, ΔVnRepresents the volume of the gas sample during the measurement period n, F represents the flow rate, and MC represents the corrected mass concentration.
【請求項20】 粒子を含む気流を第1検出器(50A)と交合させ、粒子
を含まない気流を第2検出器(50B)と交合させ、第2質量検出器が上記第1
質量検出器が提供する測定値から検出器の計器の影響を相殺するための標準とし
て使用される粒子質量差測定システム(40)において、 粒子を含む上記気流と粒子を含まない上記気流を、連続する測定期間中に上記
第1質量検出器(50A)と第2質量検出器(50B)それぞれに交互に交合さ
せる切り替え手段(56)を有し、それによりその後の上記測定期間中に生じる
揮発損失に対する補正が内部で行われる改良がなされていることを特徴とするシ
ステム。
20. An air flow containing particles is mixed with a first detector (50A), and an air flow containing no particles is mixed with a second detector (50B).
A particle mass difference measurement system (40) used as a standard to offset the effect of the detector instrument from the measurements provided by the mass detector, wherein the particle-containing airflow and the particle-free airflow are continuous. The first mass detector (50A) and the second mass detector (50B) alternately intersect each other during the measurement period, thereby causing a volatile loss occurring during the subsequent measurement period. Wherein the correction is made internally.
【請求項21】 粒子を含む気流中の揮発性成分を含む粒子状物質の測定装
置(40’)であって、 質量検出器(50)、及び 上記質量検出器(50)と絶え間なく交合するために上記気流を導く手段を有
し、 上記質量検出器の上流に置かれた粒子除去手段(48)であって、この粒子除
去手段を作動させた場合、実質的に全ての粒子状物質が上記気流から除去され、 その後の交互の測定期間中、制御手段(58)が上記粒子除去手段(48)を
作動させることを特徴とする測定装置(40’)。
21. A device (40 ') for measuring particulate matter containing volatile components in an air flow containing particles, wherein the mass detector (50) and the mass detector (50) are constantly intermingled with each other. Means for directing said airflow, said means for removing particles being located upstream of said mass detector, wherein substantially all of the particulate matter is activated when said means for removing particles is actuated. A measuring device (40 '), characterized in that control means (58) activates said particle removing means (48) during said subsequent alternating measuring periods after being removed from said airflow.
【請求項22】 粒子を含む気流中の揮発性成分を含む粒子状物質の測定装
置(40)であって、 粒子を含む上記気流を第1気流(46A)及び第2気流(46B)に分ける手
段、 第1質量検出器(50A)及び第1質量検出器(50B) 第1気流(46A)を絶え間なく上記第1質量検出器(50A)と交合させる
ために気流を導く手段と、第2気流(46B)を絶え間なく上記第2質量検出器
(50B)と交合させるために気流を導く手段、 上記第1質量検出器(50A)の上流に置かれた第1気流粒子除去手段(48
A)であって、この第1粒子除去手段を作動させた場合、実質的に全ての粒子状
物質を上記第1気流(46A)から除去する第1気流粒子除去手段(48A)、 上記第2質量検出器(50B)の上流に置かれた第2気流粒子除去手段(48
B)であって、この第2粒子除去手段を作動させた場合、実質的に全ての粒子状
物質を上記第2気流(46B)から除去する第2気流粒子除去手段(48B)、 上記第1気流粒子除去手段(48A)及び上記第2気流粒子除去手段(48B
)の一方のみを連続する測定期間中に交互に作動させるための制御手段(58)
、 上記第1質量検出器(58A)が提供する第1測定値と、上記第2質量検出器
(58B)が提供する第2測定値の差をその後の各測定時間中に測定するための
手段(60)であって、その差は上記測定期間中の生じる揮発損失を内部で補正
し、上記差から粒子を含む気流中の粒子状物質の質量または濃度を定量する手段
(60)を有することを特徴とする装置(40)。
22. An apparatus (40) for measuring particulate matter containing volatile components in an air stream containing particles, wherein the air stream containing particles is divided into a first air stream (46A) and a second air stream (46B). A first mass detector (50A) and a first mass detector (50B); a means for directing an airflow to constantly intersect the first airflow (46A) with the first mass detector (50A); Means for directing the air flow so as to constantly mix the air flow (46B) with the second mass detector (50B); first air flow particle removing means (48) disposed upstream of the first mass detector (50A).
A) wherein, when the first particle removing means is operated, the first airflow particle removing means (48A) for removing substantially all the particulate matter from the first airflow (46A); Second airflow particle removing means (48) located upstream of the mass detector (50B)
B), when the second particle removing means is operated, a second airflow particle removing means (48B) for removing substantially all particulate matter from the second airflow (46B); The airflow particle removing means (48A) and the second airflow particle removing means (48B)
Control means (58) for activating only one of them alternately during successive measurement periods
Means for measuring a difference between a first measurement value provided by the first mass detector (58A) and a second measurement value provided by the second mass detector (58B) during each subsequent measurement time. (60) wherein the difference is provided with means (60) for internally correcting the volatilization loss occurring during the measurement period and quantifying the mass or concentration of the particulate matter in the gas stream containing the particles from the difference. An apparatus (40) characterized by the above.
【請求項23】 上記粒子除去手段(48)は電気集塵機であることを特徴
とする請求の範囲だい21または22項に記載の装置(40、40’)。
23. Apparatus (40, 40 ') according to claim 21 or 22, characterized in that said particle removal means (48) is an electric precipitator.
【請求項24】 粒子を含む気流中の粒子状物質の質量を測定する装置(4
0)であって、 第1質量検出器(50A)及び第2質量検出器(50B)、 粒子を含まない以外は上記粒子を含む気流と実質的に同一である粒子を含まな
い気流源を有し、 連続する測定期間中に上記粒子を含む気流と上記粒子を含まない気流を上記第
1検出器(50A)と上記第2検出器(50B)それぞれと交互に交合させる切
り替え手段(56)、及び その後の上記測定期間中に上記第1質量検出器(50A)と上記第2質量検出
器(50B)間の差を求めるためのデータ解析装置(60)であって、その差に
より上記測定期間中に生じる揮発損失を内部で補正し、その差から粒子を含む気
流中の粒子状物質の質量または濃度を定量する解析装置を有する装置(40)。
24. An apparatus (4) for measuring the mass of particulate matter in an air stream containing particles.
0), wherein the first mass detector (50A) and the second mass detector (50B) have a particle-free airflow source substantially identical to the particle-containing airflow except for the particles. Switching means (56) for alternately intersecting the airflow containing the particles and the airflow not containing the particles with the first detector (50A) and the second detector (50B) alternately during a continuous measurement period, And a data analyzer (60) for obtaining a difference between the first mass detector (50A) and the second mass detector (50B) during the subsequent measurement period, and the difference is used for the measurement period. An apparatus (40) having an analyzer for internally correcting a volatilization loss occurring therein and quantifying the mass or concentration of the particulate matter in an air stream containing particles from the difference.
【請求項25】 粒子を含む気流を第1質量検出器(50A)と交合させ、
第1質量検出器が現在の測定期間中に上記気流から現在の粒子試料を捕集し、そ
れによる獲得質量を測定し、第2質量検出器(50B)が検出器の計器の影響を
相殺するための標準として用いられる粒子質量差測定法において、 上記現在の測定期間中に生じる粒子の性質の変化も測定するための第2質量検
出器(50B)を用いる改良がなされていることを特徴とする測定法。
25. Combining an air flow containing particles with a first mass detector (50A);
A first mass detector collects a current particle sample from the airflow during the current measurement period and measures the resulting mass, and a second mass detector (50B) counteracts the influence of the detector instrument. Mass difference measurement method used as a standard for measuring a change in the properties of particles occurring during the current measurement period, using a second mass detector (50B) for measurement. Measurement method.
【請求項26】 粒子の性質の上記変化は捕集した揮発性粒子の揮発による
質量損失であることを特徴とする請求の範囲第25項に記載の方法。
26. The method according to claim 25, wherein said change in particle properties is a mass loss due to volatilization of the collected volatile particles.
【請求項27】 上記第2質量検出器(50B)により測定された揮発によ
る損失質量が、上記第1質量検出器(50A)により測定された獲得質量に加算
され、現在の上記測定期間中における補正された粒子質量を測定することを特徴
とする請求の範囲第26項に記載の方法。
27. The mass lost due to volatilization measured by the second mass detector (50B) is added to the gained mass measured by the first mass detector (50A), and the mass obtained during the current measurement period is calculated. 27. The method according to claim 26, wherein the corrected particle mass is measured.
【請求項28】 測定された上記損失質量は現在の上記測定期間中に初期に
捕集された粒子試料で生じ、上記初期捕集粒子試料はそれ以前の測定期間中に上
記第2質量検出器(50B)で捕集されたものであることを特徴とする請求の範
囲第27項に記載の方法。
28. The measured lost mass occurs in a particle sample collected earlier during the current measurement period, and the initially collected particle sample is formed in the second mass detector during an earlier measurement period. 28. The method of claim 27, wherein the method was collected at (50B).
【請求項29】 上記現在の測定期間及び上記以前の測定期間は十分に短く
、上記初期捕集試料と上記現在の捕集粒子試料の上記現在の測定期間中の揮発が
実質的に同一であることを保証し得ることを特徴とする請求の範囲第28項に記
載の方法。
29. The current measurement period and the previous measurement period are sufficiently short, and the volatilization of the initially collected sample and the currently collected particle sample during the current measurement period is substantially the same. 29. The method according to claim 28, wherein the method is able to ensure that:
【請求項30】 粒子を含む気流を質量検出器(50)と交合させ、現在の
測定期間中に質量検出器が現在の粒子試料を上記気流から捕集し、それによる獲
得質量を測定する粒子質量測定法において、 上記現在の測定期間中における捕集した揮発性粒子の揮発による損失質量を測
定し、 上記測定質量損失を上記測定獲得質量に加算して上記現在の測定期間中におけ
る補正された粒子質量を測定する改良がなされていることを特徴とする方法。
30. Particles in which an air stream containing particles is intermingled with a mass detector (50), during which a mass detector collects a current particle sample from said air stream during the current measurement period and thereby measures the mass gained. In the mass measurement method, the mass lost by volatilization of the collected volatile particles during the current measurement period is measured, and the measured mass loss is added to the measurement gain mass, and the mass loss is corrected during the current measurement period. An improved method for measuring particle mass.
【請求項31】 上記損失質量がその後の期間中に同じ質量検出器(50)
で測定されるか、または現在の測定期間中に第2質量検出器(50B)で測定さ
れることを特徴とする請求の範囲第30項に記載の改良法。
31. A mass detector wherein the lost mass is the same during a subsequent period.
31. A method according to claim 30, characterized in that it is measured with a second mass detector (50B) during the current measurement period.
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